Autor: Etson Edyr Silva Tavares

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1 Autor: Etson Edyr Silva Tavares GEOTECNIA (PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA) 1

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3 Autor: Etson Edyr Silva Tavares GEOTECNIA (PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA) 3

4 Etson Edyr Silva Tavares autor da monografia intitulada Geotecnia (Prospecção Geotécnica), declaro que, salvo fontes devidamente citadas e referidas, o presente documento é fruto do meu trabalho pessoal, individual e original. Praia, 15 de Setembro de 2006 Etson Edyr Silva Tavares Memória Monográfica apresentada à Universidade Jean Piaget de Cabo Verde como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Construção Civil AGRADECIMENTOS 4

5 Como reconhecimento de uma primeira fase alcançada, agradeço aos meus colegas ÍNDICE 5

6 Conteúdo pág. Introdução Metodologia Memória descritiva e justificativa Capítulo I 1) Programação e requisitos para uma conveniente prospecção geotécnica Capítulo II 2) Ensaios de penetração dinâmica Capítulo III 3) Terminologia e simbologia mais usada em Mecânica dos Solos Capítulo IV 4) Ensaios para a caracterização do estado físico do solo Capítulo V 5) Ensaios para a identificação dos solos Capítulo VI 6) Ensaios de compactação dos solos Capítulo VII 7) Classificação dos terrenos (solos) Capítulo VIII 8) Impulso de terras; dimensionamento de muros de suporte Conclusão Bibliografia Anexo ÍNDICE DE QUADROS/GRÁFICOS 6

7 Referência pág. Quadro 1-Resultados do PDL N.º Gráfico 1-Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra Quadro 2-Resultados do PDL N.º Gráfico 2-Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra Quadro 3-Massa volúmica Quadro 4-Densidade dos grãos Quadro 5-Determinação do teor em água Quadro 6-Análise Granulométrica n.º Quadro 7-Análise Granulométrica n.º Quadro 8-Análise Granulométrica n.º Gráfico 3-Curva granulométrica n.º Gráfico 4-Curva granulométrica n.º Gráfico 5-Curva granulométrica n.º Quadro 9-Limite de Consistência n.º Quadro 10-Limite de Consistência n.º Quadro 11-Limite de Consistência n.º Gráfico 6-Baridade seca máxima/teor em água óptimo Quadro 12-Mapa de resultados n.º Quadro 13-Mapa de resultados n.º Quadro 14-Mapa de resultados n.º ÍNDICE DE FIGURAS 7

8 fig pág. 1-Ensaio de penetração dinâmica Esquema do PDL Etiqueta de identificação Selagem do frasco Esquartelamento manual Areia fina Argila Terra Rocha (Basalto) Balança com limite de erro de 0,01g Estufa para secagem, capas de manter a temperatura a 105 a 110ºC Picnómetro+provete+água destilada em ebulição Excicador Estufa Cápsulas Peneiros n.º10 e n.º Repartidores Série de peneiros ASTM Aparelhos para ensaio de sedimentação Proveta com densímetro Leitura no densímetro Aparelhos para determinação L.L Concha de Casagrande Amostra de um filamento cilíndrico Preparação da pasta de solo

9 26-Equipamentos para compactação tipo Proctor Compactador Preparação do ensaio de compactação Colocação do material no molde Compactação manual com pilão leve Rasamento do material Apresentação do molde e do pilão de compactação Solo mal graduado Estrutura a suportar um maciço terroso Hipóteses referentes à formulação original do Método de Rankine Ponto de aplicação dos impulsos activos e passivos Dimensões do muro Ruptura por derrubamento Representação do muro em 3D INTRODUÇÃO 9

10 Como nota introdutiva, é de referir que o tema escolhido para Memória Monografia do Curso de Engenharia de Construção Civil, para a obtenção do grau de Bacharel abrange a área da Geotecnia (área da engenharia civil que estuda o comportamento dos solos sob a intervenção de qualquer tipo de obra civil. Sua finalidade é a de proporcionar interacção solo/obra (estrutura) no que se refere a estabilidade, resistência (vida útil compatível) e viabilidade económica. Ramo que interessa muito estudar pois, qualquer construção deve começar a partir de um estudo do terreno onde se implantará a obra, por outras palavras, uma prospecção geotécnica do local. Com um relevo universitário, visando transmitir o que se faz em termos de uma prospecção geotécnica, apresenta-se um estudo de caso, com publicações das condições do terreno situ em São Francisco, que foi tomada como referência, adaptando-se ao terreno a que se refere a memória descritiva do referente trabalho. Constitui pois uma exigência prévia para o projecto de qualquer obra de vulto, (barragem, túnel, aterro, infra estruturação, etc.) o conhecimento da formação geológica do local, o estudo das rochas, dos solos, dos minerais componentes destes, bem como a influência da água sobre os mesmos, mas neste caso, abordar-se-á apenas o estudo do solo e o dimensionamento de um muro de suporte. O estudo geotécnico de terrenos aqui desenvolvido exerce a sua actividade no estudo do comportamento dos solos em barragens de terra e em fundações, compreendendo os seguintes aspectos da Norma Portuguesa: -Terminologia e simbologia mais usada em Mecânica dos Solos; -Ensaios para a caracterização do estado físico do solo; -Ensaios para a identificação dos solos; -Compactação dos solos; -Ensaios para a classificação dos solos; 10

11 Quanto ao muro de gravidade aplica-se o teorema dos impulsos e o dimensionamento do mesmo, com base no método de Rankine (opção do aluno). Dentro do âmbito desta investigação requerendo aos ensaios devidamente normalizados e publicados em especificações do LNEC apresenta-se uma compilação de várias publicações, com técnicas publicadas em relatórios do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) de Portugal e Laboratório de Engenharia Civil (LEC) de Cabo Verde, sendo os de uso corrente. Complementando, conjuntamente com as especificações dos ensaios, encontram-se demonstrações práticas e teorias consideradas de interesse para um correcto entendimento das matérias abordadas, de modo a serem facilmente interpretadas e, sobretudo adquirir uma linguagem técnica precisa e prática. Nesta investigação procurou-se encontrar, fontes (bibliografias, acompanhado de pesquisas) de maneira que, depois de sintetizado as ideias de cada um, ver na prática como se processam através dos ensaios disponíveis no L.E.C. e seus respectivos resultados, de modo a ter no final um trabalho rico e coeso com elucidações pormenorizadas acompanhado de fotografias e exemplos práticos. 11

12 METODOLOGIA O primeiro passo (primeira fase) foi discutir com o coordenador do curso de Engenharia de Construção Civil da Universidade Jean Piaget de Cabo Verde, as condições do projecto a serem desenvolvidas, anotando as áreas abrangidas e, deste modo propor o tema a desenvolver (Geotecnia). Quanto ao mesmo definiu-se os aspectos a serem estudados, chegando a uma conclusão que não seria possível ter acesso ao terreno onde se irá implantar a obra (projecto). Deste modo considerou-se como sendo um projecto fictício, contudo, com todos os incrementos práticos para uma correcta prospecção geotécnica, ou seja, que teria de se estudar um terreno local, com um contacto directo levando assim a optar para o estudo das condições do terreno situ em São Francisco na cidade da Praia em Cabo Verde. Posto isto, numa segunda fase recorreu-se ao LEC (Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde), incrementando como estagiário (técnico experimentador), de modo a acompanhar de perto todo o processo de uma correcta Prospecção Geotécnica. A procura do material necessário (bibliografias, relatórios, pesquisas na Internet, entre outros), de modo a elaborar fichas de trabalho, com elucidações pormenorizadas dos ensaios e estudos a fazer, que serviram para acompanhar o desenvolvimento do projecto, constituíram a segunda fase do projecto. De uma forma geral, este processo se estendeu até à conclusão do trabalho final. Para a prosseguimento do trabalho, elaborou-se um programa de investigação acompanhado de um cronograma mensal. O primeiro mês, foi tido em conta como uma preparação (formulação) do projecto geotécnico. Na segunda etapa considerado de algum modo teórico-prático, iniciou-se aos estudos, com a integração na equipa do Laboratório Nacional de Engenharia (L.E.C.). Primeiramente in situ, com sondagens penetrométricas, prosseguindo com recolha de amostras para um posterior estudo laboratorial. Numa última e terceira fase, os resultados dos ensaios tanto in situ como laboratoriais foram interpretados e, com sucessivas corrigendas nos mesmos (resultados), conseguiu-se adaptar os ensaios feitos ao projecto final, fornecendo os dados necessários para o seu desenvolvimento. 12

13 MEMÓRIA DESCRITIVA E JUSTIFICATIVA (Características Físicas) A proposta representa um projecto que modela as futuras construções e lotes à fisionomia própria do terreno. Desta forma pretende-se implantar em ,00m² de terreno, moradias unifamiliares em banda com cérceas que variam entre os dois e os três pisos de acordo com a topografia do terreno onde se implantam. O terreno de morfologia complexa sito no extremo Norte da Freguesia de Urgeses, Guimarães, a cota alta e de acessibilidade imediata, confrontando a Sul com a estrada Municipal para Abação e lateralmente, com áreas quase descomprometidas depósito de água e além das construções, espaços expectantes. Assim sendo o empreendimento caracteriza-se pela categoria geotécnica 1 com base na Pré-Norma Europeia- Eurocódico 7 ENV : Como objectivo deste projecto geotécnico abordar-se-á as especificações detalhadas das situações do projecto, incluindo: a adequação geral do terreno onde se implanta a estrutura, exigindo o dimensionamento de um muro de gravidade para o suporte de terras na zona de aparcamento exterior, bem como a disposição e classificação das várias zonas do solo. Na zona de aparcamento exterior no eixo das vias de acesso onde existe uma baia de estacionamento temos o muro de gravidade com os perfis apresentados no capítulo VIII, construída em alvenaria de pedra (basalto) sobre uma camada de regularização e fundação em enrocamento Para o estudo do solo, exigiu-se uma sondagem geotécnica do local, com abertura de 8 furos predefinidos pelo projectista, com dimensões de 1m³ levando à realização de 8 sondagens mecânicas, e recolha de amostras para um posterior estudo laboratorial, encontrando-se os resultados disponíveis ao longo do trabalho (no presente trabalho fazse referência a apenas 3 furos ). O técnico Praia, 09 de Setembro de 2005 Etson E. S. Tavares 13

14 CAPÍTULO I 1) PROGRAMAÇÃO E REQUISITOS PARA UMA CONVENIENTE PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA Relativamente à programação do trabalho por prospecção, existem princípios ou regras orientadoras, mas não definitivas, pois cada caso dependerá do tipo de terreno, da complexidade geológica e do tipo da obra a construir. Assim sendo e conhecendo o tipo de trabalho a desenvolver, procede-se à sua localização, as vias de acesso e a bibliografia do local acerca dos assuntos em estudo e deste modo efectuar com maior rigor a programação propriamente dita de estudos geotécnicos. O estudo do local para uma construção deve ser feito com o desenvolvimento adequado e em conexão com o anteprojecto. Compreende geralmente um reconhecimento do local, e uma prospecção geotécnica com ensaios in situ e de laboratório. Sempre que possível, a prospecção deve ser iniciada antes da escolha definitiva do local da obra, pois que, no decorrer dela poderá concluir-se que será mais vantajoso escolher outro local. O custo de uma prospecção geotécnica situa-se geralmente, entre 0,5 a 1,0 % do preço total da obra 1. Com a prospecção e o estudo de terrenos pretende-se fundamentalmente investigar os solos para obter os elementos necessários à elaboração dos projectos, à análise dos custos, e ao controlo da construção de forma a assegurar boas condições de segurança, de preço, e de garantia da duração útil prevista, com reduzidos custos de manutenção. Para isso devem verificar-se as condições gerais de adequação do local ao fim em vista, nos aspectos da vegetação, variações climáticas e da humidade do ar, efeitos de erosão atmosférica e do solo, de origem química, por acção do gelo, e por efeitos da erosão das águas pluviais que tenham modificado a geometria da superfície do solo. Possibilidade de inundações, bem como da erosão provocada pela ruptura de canalizações. 1 L. M. Ferreira Gomes, Covilhã, Fevereiro de 1997, pág. 1.11, Universidade da Beira Interior, Departamento de Engenharia Civil, Fundações 14

15 Averiguação quanto à existência de poços ou minas de cavidades no subsolo, restos de antigas construções, caves ou estruturas subterrâneas de qualquer natureza. 15

16 CAPITULO II Ensaios In Situ 2) ENSAIO DE PENETRAÇÃO DINÂMICA 2.1) SONDAGENS PENETROMÉTRICAS (DP- Dinamic Probing ), usando PDL (Penetrómetro Dinâmico Ligeiro) Os ensaios com os penetrómetros dinâmicos, são provavelmente os meios mais antigos de que o Homem se serviu para averiguar as características do subsolo. A penetração dinâmica é efectuada pelos penetrómetros dinâmicos; estes aparelhos são constituídos da seguinte maneira: uma barra de aço, com a extremidade inferior em forma cónica, que é cravada por uma acção dinâmica devido ás pancadas sucessivas de um martelo (pilão); este é geralmente cilíndrico e com um furo no seu centro, que lhe permite deslizar ao longo de uma barra de aço, de modo a ser elevado até a uma certa altura (constante) e de seguida cair livremente, sob a acção da gravidade, sobre uma espera solidária com a barra de aço. fig.1 Ensaio de penetração dinâmica fig.2 Esquema do PDL Notas preliminares Estando classificadas consoante as características, o que aqui se refere é o PDL (Penetrómetro Dinâmico Ligeiro) definido pelo LNEC, com um alcance de 10m; o diâmetro do cone e das varas são de 30mm e 20mm respectivamente; o peso do (cone + 16

17 esfera +guia) dá um total de 2,67 Kgf; o peso da vara de 1m é de 2,90 Kgf; o peso do pilão é 10,053 Kgf; com uma altura de queda do pilão de 50cm Cálculos Com o uso da fórmula, devidamente adaptada da sonda Holandesa, calcula-se a resistência do terreno à rotura (penetração) através da expressão: Rp = n/a x {(M² x h)/ [S(M + P)]} O ensaio consiste em determinar a resistência do terreno (Rp), com um certo número de pancadas (n) do pilão com um peso (M), totalizando (P) peso total da estaca (penetrómetro) em queda livre a uma altura (h) sobre o conjunto constituído de cima para baixo, por um batente, um trem de varas e uma ponta cónica (cuja base tem secção S), para que ocorra determinado comprimento de penetração (L) num intervalo de leitura ((a) avanço do penetrómetro). O diâmetro das varas é inferior ao da base da ponta cónica, pelo que, teoricamente, a resistência à penetração resulta apenas de forças de reacção do terreno sobre a superfície cónica da ponta. A simplicidade do sistema de ensaio, bem como o facto de ser um sistema de prospecção muito antigo, aspectos esses que se relacionam, apresentando grandes limitações principalmente devido ao atrito lateral solo/vara, à ocorrência de camadas muito duras ou mesmo de seixos, dificultando que se atinja grandes profundidades. Com os resultados apresentados a condizerem com a realidade, nos quadros e gráficos 1 e 2 podemos evidenciar algumas destas limitações, justificadas nas definições (resultados) Resultados A interpretação que se pode fazer do quadro 1 e do gráfico 1, é que a camada rígida situ entre 1,30 e 1,60m de profundidade, têm uma resistência de ponta que aumenta com a profundidade, oscilando entre os 10 (S.I.: 9,8KN/mm² 10Mpa) e 17 kg/cm² (17Mpa) e o número (n) de pancadas necessário para provocar tal tensão é 90 (máximo). Contrariamente no gráfico 2 que é a sondagem feita de um outro furo, é visível uma das deficiências deste ensaio, pois a existência de seixos causa uma variação na resistência do solo que perturba interpretação, dificultando de alguma 17

18 maneira, pois, não se tem uma percepção real dos constituintes do subsolo. O estrato rígido encontra-se a 1,30m de profundidade aproximadamente, e, sendo assim, para complementar futuras conclusões os estratos constituintes do solo serão previamente estudados, prosseguindo com recolha de amostras do local. Com base nas resistências mecânicas calculadas, podemos fazer a seguinte avaliação: Valores da resistência Avaliação qualitativa do terreno De 0 a 2 kg/cm² mole ou brando 2 a 4 kg/cm² menos mole 4 a 8 kg/cm² duro ou firme 8 a 12 kg/cm² muito duro 18

19 Quadro 1- Mapa de resultados amostra n.º1 2 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL MAPA DE RESULTADOS Ponto 1 - (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade) Profundidade em (cm) Peso do pilão (kg) Altura de queda (cm) M2 * h (kg/cm²) Área da secção transversal do cone (cm²) Peso da vara (kg) N.º de varas (n) Peso do guia (kg) Peso do batente (kg) P S(M+P) Número de pancada (n) Avanço a (cm) n/a Rp (kg/cm²) , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 2,90 5, , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 2,50 4, , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 3,10 5, , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 5,50 10, , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 9,00 16,8 Camada muito dura ou firme 2 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde (LEC), Setembro de 2006, Mapa de Resultados do PDL, amostra n.º 1

20 Gráfico 1- Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra nº 1 3 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL GRÁFICOS Ponto 1 (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade) Loteamento habitacional 3 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados do PDL, amostra n.º 1

21 Quadro 2- Mapa de resultados amostra n.º2 4 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL MAPA DE RESULTADOS Ponto 2 (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade) Profundidade em (cm) Peso do pilão (kg) Altura de queda (cm) M2 * h (kg/cm2) Área da secção transversal do cone (cm²) Peso da vara (kg) N.º de varas (n) Peso do guia (kg) Peso do batente (kg) P S (M+P) Número de pancada (n) Avanço a (cm) n/a Rp (kg/cm²) , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 4,00 7, , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 4,50 8, , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 6,00 11, , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 6,20 11, , ,14 7,07 2,88 1 2,29 3,97 9,14 135, ,0 8,90 16,6 Camada muito dura ou firme 4 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Mapa de Resultados do PDL, amostra n.º 2

22 Gráfico 2- Profundidade/n.º de pancadas, profundidade/tensão amostra 2 5 DETERMINAÇÃO DA TENSÃO DE SEGURANÇA DO SOLO ATRAVÉS DO ENSAIO DE PENETRAÇÃO "IN SITU" UTILIZANDO O PDL GRÁFICOS Ponto 2 (início do ensaio a partir de 1,00 metro de profundidade) Loteamento habitacional 5 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados do PDL, amostra n.º 2

23 CAPITULO III Ensaios de Laboratório 3) TERMINOLOGIA E SIMBOLOGIA MAIS USADA EM MECÂNICA DOS SOLOS A presente especificação faz parte dum conjunto relativo à prospecção de terrenos, constituído por: Colheita de amostras, vocabulário e simbologia. No presente trabalho só foram abordados os dois primeiros não requerendo o último ser mencionado. As especificações LNEC E 218, , Prospecção geotécnica de terrenos: Colheita de amostras e vocabulário indicam-nos as técnicas de colheita de amostras e os respectivos vocabulários utilizados no presente capítulo e, ao longo do trabalho. 3.1) PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA DE TERRENOS: E LNEC Colheita de amostras Meios de acesso Os meios de acesso ás amostras foram através de furos abertos por meio de trado mecânico, por ser mais vantajoso devido ao número de furos (oito) e por se tratar de um terreno com seixo Poços e valas Tratando-se de um terreno seco não exigiu grandes cuidados em relação ao regulamento de segurança no trabalho da construção civil (decreto nº de 11/08/1958), nem quanto ao suporte de terras. Para pequenas profundidades, os poços e as valas de prospecção constituem os meios de acesso mais adequados Amostras Amostras remexidos do solo Quanto às amostras de solos consideram-se deformadas (ou remexidas), colhidas através da escavação com trado mecânico e recolhidos com o auxílio de uma pá e uma

24 colher de pedreiro para uma posterior observação laboratorial. O restante material removido foi disposto ordenadamente na superfície do terreno de modo a permitir a sua fácil identificação. Tratando-se de amostras para ensaios de identificação foram precisos sacos de 4kg de cada furo (terreno incoerente com seixo), que foram devidamente identificadas de acordo com a natureza do respectivo local da colheita através de uma etiqueta tipo da fig.3 À chegada ao laboratório, procede-se ao registo com o preenchimento dos principais requisitos: Amostra n.º; data de entrada; local da colheita; identificação do trabalho; ensaios pretendidos Manuseamento e protecção das amostras fig. 3- Etiqueta 6 Para o caso em que as amostras são direccionadas para ensaios de determinação em laboratório do teor em água, estas são devidamente colocadas em frascos estanques de vidro ou plástico, deixando o mínimo volume de ar possível no seu interior, permitindo a conservação da humidade natural da amostra por uma ou duas semanas. A estanquicidade da tampa do frasco pode ser garantida através da utilização de fita adesiva ou de um banho em parafina fig.4. Fig.4- Garantia de estanquicidade 6 António Gomes Correia, Lisboa 1980, pág. 22, Ensaios para controlo de terraplanagens 24

25 Outros casos são de amostras que não requerem do cuidado para a conservação da humidade natural podendo ser acondicionadas em sacos desde que não percam os elementos finos. Quando se pretende separar dum certo volume de solo uma amostra nas quantidades estritamente necessárias para os ensaios que se vão realizar, é fundamental garantir que essa porção de solo tenha as características do conjunto desse volume (amostra representativa). Isto consegue-se por uso de um repartidor ou aplica-se o método de esquartelamento, este último que foi o mais utilizado, consistindo no seguinte: Mistura-se e amontoa-se com uma pá a amostra de solo colocada sobre um plástico ou lona colocada em superfície plana. As pasadas devem verter-se no centro, formando um cone, para que o material espalhe em todas as direcções(a).com a pá, alisa-se o material de modo a estendê-lo com uma forma circular de espessura uniforme (b). Separa-se o solo em duas partes iguais, podendo se usar um pau ou tubo debaixo da lona ou plástico, passando pelo centro da amostra, que se levanta em ambos os extremos (c). Fig.5- Esquartelamento manual 7 Um outro processo será fazer esta separação com a pá. Repete-se o procedimento em direcção perpendicular ficando assim a amostra dividida em quatro partes. Retira-se todo o material de duas partes em posição diagonalmente oposta. O material que fica volta a misturar-se, recomeçando o procedimento até que a amostra fique na quantidade desejada. 7 António Gomes Correia, Lisboa 1980, pág. 21, Ensaios para controlo de terraplanagens 25

26 3.2) PROSPECÇÃO GEOTÉCNICA DE TERRENOS: E LNEC Vocabulário Uma possível uniformização de terminologia própria dos diversos domínios da engenharia civil é preocupação dominante da actividade normalizadora do Laboratório Nacional de Engenharia Civil. Aqui apresenta-se uma selecção dos termos mais usados neste trabalho de prospecção, e que também já foram referidos. A partir da referente norma, e ao longo de todo o trabalho, refere-se apenas aos termos mais abordados. Amostra remexida Amostra de terreno que não mantêm todas as características que se verificam in situ. Amostrador Utensílio destinado à colheita de amostras de terreno. Areia Solos cujas partículas tem diâmetro equivalentes compreendidos entre 0,06 e 2mm. Areia fina Areia cujas partículas tem diâmetro equivalentes compreendidos entre 0,06 e 0,2mm. Areia grossa Areia cujas partículas tem diâmetro equivalentes compreendidos entre 0,6 e 2mm. Areia média Areia cujas partículas tem diâmetro equivalentes compreendidos entre 0,2 e 0,6mm. Argila Solos cujas partículas tem diâmetro equivalentes inferiores a 0,002 mm. Aterro Obra constituída por um maciço artificial de terras. Camada Em geologia preferido estrato 26

27 Compacidade Quociente do volume ocupado pelas partículas de um solo, pelo volume aparente deste. Reconhecimento Exame preliminar do terreno e das condições locais, para determinado fim. Ensaio com sonda normalizada Preferido ensaio de penetração dinâmica. Entulho Depósito superficial constituído por terras ou outros materiais acumulados pelo homem. Estrato Depósito sedimentar limitado por planos de estratificação sensivelmente paralelos. Muro Terreno abaixo de uma superfície de falha, dum filão ou dum estrato. Prospecção geotécnica Conjunto de operações realizadas no local da futura obra, visando a determinação da natureza e características do terreno, sua disposição e acidentes com interesse para essa obra. Rocha Material resultante de um dado processo geológico, que apresenta para cada espécie certa constância de propriedades e modo de agrupamento dos seus componentes e que se distingue geralmente dos solos por não se desagregar quando agitado dentro de água. Seixo Material constituído por fragmentos de rocha com diâmetro equivalente compreendidos entre 2 e 60 mm. Silte Solo cujas partículas tem diâmetros equivalentes compreendidos entre 0,002 e 0,06mm. Solo Conjunto natural de partículas minerais que podem ser separados por agitação na água. Os vazios entre as partículas contem água e ar separada ou conjuntamente. 27

28 Sondagem Operação destinada a reconhecer, em profundidade e a partir da superfície, a natureza e as características ou acidentes das formações geológicas. Sondagem de penetração Sondagem mecânica em que não há extracção de material. Pode ser estática ou dinâmica, consoante a natureza da força que a faz avançar. Terra Solo ou mistura de um solo com fragmentos de rocha. Terreno Porção da crosta terrestre, quer se trate dum solo quer duma rocha. Trado Ferramenta de forma helicoidal destinada à abertura de furos de sondagem. fig. 6 Areia fina fig. 7 Argila fig. 8 Terra fig. 9 Basalto 28

29 CAPITULO IV 4) ENSAIOS PARA A CARACTERIZAÇÃO DO ESTADO FÍSICO DO SOLO Este conjunto de ensaios realizados no Laboratório, destinam-se a caracterizar o estado físico do solo. A caracterização do estado físico de um solo é fundamental para a compreensão do estado do solo no campo e para a previsão do seu comportamento em determinadas situações. A avaliação das características físicas de um solo, quantificadas pelos diversos índices físicos, é feita, na prática, do seguinte modo: (i) quantificação experimental de 3 grandezas físicas: teor em água (ω), massa volúmica (γ) e densidade das partículas sólidas (G); Tal como em relação a outras propriedades dos solos, é de esperar que qualquer depósito de solos naturais evidencie variação mais ou menos significativa das suas propriedades físicas, pelo que, para além da definição de valores médios ou característicos para cada propriedade, é importante avaliar a sua variabilidade. Assim, foi sempre conveniente realizar um número suficiente (mínimo dois) para determinações experimentais de cada propriedade para evitar interpretações incorrectas ou insuficientes. 4.1) E LNEC SOLOS: Determinação da Massa Volúmica das partículas de um solo Notas preliminares As partículas dos solos têm em geral massa volúmica que pouco variam de caso para caso. A adopção do valor de 2,65 g/cm³ (26,5 KN/m³) conduz normalmente, nas aplicações práticas correntes, a resultados com suficiente precisão. Havendo casos que exijam um maior esclarecimento e, para tal elaborou-se a presente especificação na qual se tem em atenção, além dos dados da experiência do Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC), as normas da American Society for Testing Material (ASTM) e American Association of State Highways Officials (AASHO). 29

30 Definição Massa volúmica das partículas de um solo é a massa das partículas que ocupariam a unidade de volume, depois de excluídos os vazios Aparelhos e utensílios -Picnómetro de 100cm³ -Balança com limite de erro de 0,01g (fig. 10) -Termómetro com limite de erro de 1ºC Fig.10- Balança com limite de erro de 0,01g -Estufa de secagem capas de manter a temperatura de ºC (fig. 11) -Exsicador com sílica-gel anidra -Peneiro de malha quadrada de 4,76mm (n.º4) -Cápsula de porcelana Fig.11- Estufa de secagem capas de manter a temperatura de ºC Quantidade da amostra Toma-se uma porção de 25g do solo seco na estufa constituído por partículas que passam no peneiro de 4,76mm (n.º4) Técnica do ensaio Um provete de solo com cerca de 25g, seco ao ar, cujos torrões devem ter sido desfeitos num almofariz, é colocado num picnómetro, onde se lhe adiciona 50cm³ de água destilada. É em seguida levado à ebulição, durante 10min. (fig. 12); entretanto agita-se o picnómetro para obrigar a libertar o ar aderido às partículas. Deixa-se arrefecer até à temperatura ambiente, acaba-se de encher o picnómetro com água destilada até ao traço de referência e pesa-se o conjunto, tendo o cuidado de limpar previamente o exterior do picnómetro. Toma- 30

31 se a nota da temperatura t da dispersão. O provete é depois passado para uma cápsula e seco na estufa, à temperatura de 10573ºC, até o peso constante. Por fim limpa-se cuidadosamente o picnómetro, enche-se de água destilada até ao traço de referência e determina-se o peso do conjunto A massa volúmica das partículas é dada pela expressão γs = γw.m4/(m4+m2-m5) em que γs - massa volúmica das partículas de um solo γw - peso volúmico da água à temperatura t do ensaio m4 peso da amostra depois de seco na estufa m2 peso do picnómetro contendo água destilada m5 peso do picnómetro contendo a amostra e água destilada à temperatura t Resultados A massa volúmica do solo em estudo, de uma forma geral considera-se bastante aceitável, já que, encontra-se dentro do padrão normal, ou seja, abaixo das três gramas por centímetro cúbico (< 3g/cm³), com uma variação entre 2,78 e 2,81 décimas (g/cm³), S.I.: 27,8 KN/m³ e 28,1 KN/m³ (aproximadamente). 31

32 Quadro 3- Massa volúmica Data: 15/05/05 Local: São Francisco MASSA VOLÚMICA DOS GRÃOS Amostra n.º1 Designação Símbolo Provetes Picnómetro+Provetes+Água destilada (g) m5 153,61 154,27 Picnómetro+Água destilada (g) m2 139,61 140,27 Cápsula Nº Peso da cápsula (g) 90,47 96,68 Provete seco+cápsula (g) 112,37 118,65 Peso do provete seco (g) m4 21,90 21,97 Temperatura de ensaio (ºC) T Peso específico da água à temperatura T γw Peso específico dos grãos (g/cm³) γs 2,80 2,83 γs = 2,81 g/cm³ Amostra N.º 2 Designação Símbolo Provetes Picnómetro+Provetes+Água destilada (g) m5 155,09 159,90 Picnómetro+Água destilada (g) m2 140,55 145,44 Cápsula Nº 1 2 Peso da cápsula (g) 68,75 81,04 Provete seco+cápsula (g) 91,39 103,72 Peso do provete seco (g) m4 22,64 22,68 Temperatura de ensaio (ºC) T Peso específico da água à temperatura T γw Peso específico dos grãos (g/cm³) γs 2,79 2,76 γs = 2,78 g/cm³ Amostra Nº3 Designação Símbolo Provetes Picnómetro+Provetes+Água destilada (g) m5 163,63 163,16 Picnómetro+Água destilada (g) m2 149,34 148,83 Cápsula Nº 3 4 Peso da cápsula (g) 96,40 90,23 Provete seco+cápsula (g) 128,63 112,57 Peso do provete seco (g) m4 22,23 22,34 Temperatura de ensaio (ºC) T Peso específico da água à temperatura T γw Peso específico dos grãos (g/cm³) γs 2,80 2,79 γs = 2,80 g/cm³ 32

33 4.2) NP LNEC SOLOS: Densidade das partículas -Método do picnómetro Definição É a relação entre a massa volúmica das partículas sólidas e o peso de igual volume de água a uma temperatura de 20ºC. G = γs/γw Notas complementares Para o caso em que as partículas constituintes do solo terem dimensões inferiores às do peneiro de 4,75mm (n.º 4), a técnica de ensaio descrita para a determinação da massa volúmica, pode ser ajustada à determinação da densidade das partículas, segundo a Norma Portuguesa NP SOLOS: Densidade das partículas (método do picnómetro) Cálculo Calibragem do picnómetro Lava-se o picnómetro com água, seca-se, pesa-se e regista-se (m1=43,95 g). Enche-se com água destilada até atingir o traço de referência, pesa-se, registando de novo como (m2=139,61 g). Como forma de adquirir uma água destilada isenta de ar, coloca-se em ebulição durante 30 minutos, deixando arrefecer com o recipiente cheio e fechado, até à temperatura ambiente. Depois de pesado, determina-se a temperatura da água representado por t1=28º C e despeja-se o picnómetro. A massa (m3) expressa em gramas, do picnómetro cheio de água, à temperatura tx é: m3 = d4tx/d4t1 (m2-m1) + m1 onde d4tx-densidade da água à temperatura tx d4t1- densidade da água à temperatura t1 33

34 Resultados É de ter em consideração que da definição da densidade das partículas, advém que esta é a relação entre a massa volúmica das partículas de um solo e o peso volúmico da água a 20ºC (G = γs/γw), com γw = 9,81 KN/m³ (998,2Kg/m³). Com a massa volúmica das partículas consegue-se a densidade das partículas, que por sua vez intervêm na determinação do diâmetro das partículas com dimensões inferiores a 0,074mm, mais concretamente na parte da sedimentação, para análise granulométrica. Na maioria dos casos a densidade das partículas oscila entre 2,65 e 2,85. Todos estes resultados podem ser conferidos no quadro 4. γs amostra n.º 1 => γs = 2,81 g/cm³ G = 2,81 γs amostra n.º2 => γs = 2,78 g/cm³ G = 2,78 γs amostra n.º3 => γs = 2,80 g/cm³ G = 2,80 Quadro 4- Densidade dos grãos 8 fig. 12 Picnómetro + Provete + Água destilada em ebulição 8 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde (LEC), Setembro de 2006, Densidade das partículas obtidos a partir da determinação da Massa Volúmica das partículas 34

35 4.3) NP LNEC SOLOS: Determinação do Teor em Água Notas preliminares Das principais entidades que publicam normas e especificações como por exemplo a American Association of State Highways Officials (AASHO), American Society for Testing Material (ASTM) e a British Standarts Institution (BS), só esta última publicou até à data uma especificação referente exclusivamente à determinação de teores de humidade de solos Definição Teor de humidade de um provete de solo é o quociente expresso em percentagem, da massa de água que se evapora do provete entre a temperatura de 105ºC e 110ºC, pela massa do provete depois de seco Objectivos Tal ensaio destina-se a fixar o modo de efectuar a determinação do teor em água de um provete de solo, quando este não se destine a ser utilizado noutras determinações normalizadas, tais como as dos limites de consistência Aparelhos e utensílios -Balança com uma precisão de 0,0025% -Cápsula ou recipientes tarados com peso inferior a 20% do peso do provete a ensaiar (fig. 15) -Estufa para secagem entre ºC. (fig. 14) -Exsicador (fig. 13) Quantidade da amostra Atendendo que mais de 80% da massa das partículas passam no peneiro de malha quadrada de 2,38mm de abertura (ASTM n.º 8), tomou-se um provete de, pelo menos, 30g. 35

36 4.3.6-Principio do método de estufa O método de estufa é um método padrão, e como tal dá resultados precisos e fiéis. Ele consiste em termos uma amostra de solo, cuja quantidade é função das dimensões das partículas sólidas, depois de pesada (W =Ws + Ww) é submetida a um processo de secagem para que toda a água existente nos vazios se evapore. O teor em água será: ω = Ww/Ws Técnica do ensaio O provete é desagregado, colocado numa cápsula ou recipiente de peso conhecido e tapado. Esta operação deve ser efectuada rapidamente de forma a não haver trocas de humidade com o ambiente. Pesa-se o conjunto, regista-se, introduzindo na estufa sem a tampa e deixa-se secar (perda de humidade) à temperatura entre ºC durante 24h. Uma outra pesagem será feita colocando novamente a tampa antes do provete ser retirado da estufa e deixa-se arrefecer no exsicador. O exsicador pode ser dispensado se a tampa do recipiente fechar suficientemente bem e se o tempo de espera pela pesagem for pequeno Resultado O teor em água ou teor de humidade do provete expresso em percentagem é dado pela expressão: ω = 100 x (m 2- m3) /m3-m1) Onde o resultado aparece arredondado ás décimas e as massas expressas na mesma unidade, sendo: m1 massa do recipiente, m2 massa do recipiente mais o provete antes da secagem, m3 massa do recipiente e do provete depois de seco, 36

37 No boletim de ensaio da página seguinte (do teor em água) podemos conferir que o teor de humidade deste solo é um índice físico que oscila nos três furos, não deixando de ser valores altos, pois o solo é húmido. Para um terreno onde se pretende implantar qualquer loteamento, neste caso do tipo de ( Urgeses ) o mais aconselhável seria fazer a remoção daquele terreno, caso a camada não excede-se os 3m de profundidade, o que não é ocaso, podendo sim optar por um sistema de ensoleiramento geral do local este último que é sublinhado, pois não implica ter na obra, grandes movimentos de terras que normalmente seriam muito dispendiosas. fig.13 Exsicador fig.14 Estufa fig.15 Cápsulas 37

38 Quadro 5 9 Local: São Francisco DETERMINAÇÃO DO TEOR EM ÁGUA Data: 30/05/05 Amostra N.º 1 m1 (g) Cápsula 12 4 m2 (g) Amostra húmida + cápsula 98,22 100,42 m3 (g) Amostra seca + cápsula 86,43 88,12 Ws (g) Peso da cápsula 21,58 21,83 Ww (g) Peso da água 11,79 12,30 Amostra seca 64,85 66,29 ω (%) Teor em água 18,2 18,6 ω (%) Teor em água médio da amostra 18,4 Amostra N.º 2 m1 (g) Cápsula m2 (g) Amostra húmida + cápsula 109,25 110,98 m3 (g) Amostra seca + cápsula 100,50 101,59 Ws (g) Peso da cápsula 21,44 21,77 Ww (g) Peso da água 8,75 9,39 Amostra seca 79,06 79,82 ω (%) Teor em água 11,1 11,8 ω (%) Teor em água médio da amostra 11,5 Amostra N.º 3 m1 (g) Cápsula m2 (g) Amostra húmida + cápsula 102,64 105,31 m3 (g) Amostra seca + cápsula 92,64 94,94 Ws (g) Peso da cápsula 21,87 21,83 Ww (g) Peso da água 10,00 10,37 Amostra seca 70,77 73,11 ω (%) Teor em água 14,1 14,2 ω (%) Teor em água médio da amostra 14,2 9 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Setembro de 2006, Resultados dos teores em água 38

39 CAPITULO V 5) - ENSAIOS PARA A IDENTIFICAÇÃO DOS SOLOS Através de ensaios laboratoriais foi-nos permitido a identificação de uma dada espécie de solo e são eles rígidas por diversos campos; uma delas é a Norma Portuguesa -NP que refere a Solos: Preparação por via seca para ensaios de identificação; Composição granulométrica e limites de consistência ou de Atterberg. 5.1) E LNEC SOLOS: Preparação por via seca de amostras para ensaios de identificação Objectivos Tal especificação destina-se a fixar o modo de preparar as amostras de solo, tal como são recebidas do campo, para análise granulomética e determinação dos limites de consistência e determinação do equivalente centrífugo de humidade Aparelhos e utensílios -Balança com limites de erro de 0,1g -Peneiros ASTM de malha quadrada de 2,00mm (nº10) e 0,420mm (nº 40) de abertura. ( fig. 16) Fig.16 Peneiros ASTM -Almofariz e pilão com mão revestida de borracha -Repartidores (fig. 17) -Estufa controlada termoestáticamente, capaz de mover temperaturas de ºC. Fig.17 Repartidores Quantidade da amostra A quantidade da amostra de material seco ao ar varia consoante o ensaio a executar que foram os seguintes: 39

40 Para a análise granulométrica foi necessário uma quantidade de material que passa no peneiro de 2,00mm (n.º10) de aproximadamente 65kg que é o ideal pois trata-se de um solo siltoso. Para determinação dos limites de consistência e equivalente centrífugo de humidade, foram precisos 100g para a determinação do limite de liquidez, 15g para limite de plasticidade e 10g para equivalente centrífugo de humidade. É de referenciar que será necessário fazer com que haja uma quantidade de material sobrante com finalidades nas verificações Preparação geral da amostra A amostra tal como é recebida do campo, deve ser bem seca ao ar, e os torrões desagregados por meio de um almofariz e pilão com mão de borracha de forma a não reduzir o tamanho individual das partículas. Selecciona-se pelo método de esquartelamento ou por uso de um repartidor as quantidades representativas de cada ensaio. Pesa-se a quantidade de amostra seleccionada, registrando-a como a massa total da amostra, não corrigida da humidade higroscópica. Separa-se então a amostra em duas porções por meio do peneiro de 2,00mm (n.º 10). Desagrega-se a porção retida em tal peneiro, separando-a de novo no mesmo (2,00mm). Lava-se de todo o material a fracção retida no peneiro n.º 10 depois de uma segunda peneiração, seca-se na estufa a ºC pesando de seguida. Este será o valor da massa do material grosso Preparação da amostra para a análise granulométrica As fracções que passam no peneiro de 2,00mm (n.º 10) são misturadas, aplicando-se o método de esquartelamento. Selecciona-se para análise granulométrica de finos uma porção da amostra com aproximadamente 65kg (solo siltoso). Para análise granulométrica dos grossos utiliza-se o material obtido directamente da preparação geral da amostra numa quantidade igual à utilizada para finos (65kg). 40

41 Preparação da amostra para a determinação dos limites de consistência e equivalente centrífugo de humidade Separa-se a porção restante do material que passa no peneiro de 2,00mm (n.º10) em duas partes por meio do peneiro de 0.420mm (n.º40). A fracção retida neste peneiro deve ser desagregada por meio do almofariz e pilão revestida com mão de borracha, de modo a levar as partículas ao seu tamanho individual. Tal solo deve ser de novo separado através do peneiro de 0,420mm (n.º 40), repetindo o processo caso a desagregação das partículas seja possível, em caso de dúvidas o conveniente é lançar uma pequena porção do solo na água e ver qual o comportamento a seguir. O material que não for possível a sua desagregação deve ser rejeitado. As diversas fracções do material passado no peneiro de 0,420mm (n.º 40), obtidas pelas operações de desagregação e peneiração, são misturados e guardados para a realização dos tais ensaios: limites de consistência e equivalente centrífugo de humidade. 5.2) E LNEC SOLOS: Análise granulométrica por peneiração húmida Objectivos Esta especificação destina-se a fixar o modo de determinar quantitativamente a distribuição por tamanhos das partículas que constituem o solo retidas no peneiro de 0,074mm (n.º 200) da série ASTM e a percentagem de material passado neste peneiro Agente dispersivo Solução de hexametafosfato de sódio comercial Dissolvem-se 33g de hexametafosfato e 7g de carbonato de sódio em água destilada, até perfazer o volume de 1000 cm3 (antifloculante) Aparelhos e utensílios Fig.18 Série de peneiros ASTM -Série de peneiros ASTM de malha quadrada com as seguintes aberturas; 76,1mm (n.º4 ), 50,8mm (n.º3 ), 38,10mm (n.º2 ), 25,40mm (n.º1 ), 19,00mm (n.º3/4 ), 9,52mm (n.º3/8 ), 4,76mm (n.º4), 2,00mm (n.º10), 0,841mm (n.º20), 0,42mm (n.º40), 0,25mm (n.º60), 0,177mm (n.º80), 0,105mm (n.º140) e 0,074mm (n.º200), (fig. 18). 41

42 -Balança com limite de erro de 0.01g -Estufa de secagem, capaz de manter a temperatura entre ºC -Almofariz e pilão revestido de borracha -Repartidores -Cápsulas de porcelana com 15cm de diâmetro -Copo de precipitação de 500 cm³ -Exsicador de 25cm de diâmetro -Frasco de lavagem por esguicho Preparação da amostra A quantidade de material necessário e o modo de efectuar a sua preparação são definidos na especificação do LNEC E 195 solos preparação por via seca de amostras para ensaios de identificação Técnica A composição granulométrica da fracção do solo com partículas de dimensões superiores a 0,075mm (75 µm) (seixo e areia) é efectuada agitando uma dada massa de solo sobre uma série de peneiros com malhas de diferentes dimensões (método de peneiração) Análise granulométrica da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º 10) Faz-se passar uma dada quantidade de material grosso seco na estufa, adquirida a partir de uma preparação geral da amostra feita segundo a norma E 195 ( preparação por via seca para ensaios de identificação ) através de uma série de peneiros, de malha superior a 2,00mm (n.º10), começando pelo peneiro mais largo registrando-se a massa de solo retido em cada um deles, que fazendo o somatório nos dará a massa m10, que corresponde à massa total da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º10). A peneiração deve ser feita executando movimentos horizontais de translação e rotação, de forma a manter o material de malha superior a 2,00mm (n.º10), em movimento contínuo; os 42

43 movimentos devem ser feitos no sentido directo e no sentido retrógrado. Nunca se devem manipular os fragmentos e a peneiração deve prolongar-se até que, em qualquer peneiro, não passe, durante 1 minuto, mais de 1% do material retido desse peneiro Análise granulométrica da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º 10) Seca-se na estufa o material passado no peneiro de 2,00mm (n.º10), pesa-se e regista-se como a massa total da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10) tendo como nomenclatura (m 10). Neste caso é necessário antes de fazer passar o material através de uma série de peneiros, compreendidos entre o n.º10 e o n.º200, recorrer a um tratamento prévio do solo no sentido de dispersar o mais possível as partículas constituintes desse solo. Solo este com uma amostra representativa de 50g, por se tratar de um solo siltoso. Pesa-se e regista-se como massa da amostra (ma). Coloca-se o solo no copo de precipitação, juntam-se 250 cm3 de água onde foi dissolvido previamente 0,5g de hexametafosfato de sódio comercial (antifloculante). Agita-se bem com uma vareta de vidro e deixa-se repousar durante pelo menos 1 hora, agitando de vez em quando. Seguidamente transfere-se a suspensão para o peneiro de 0,074mm (n.º 200), onde é lavado por meio de um jacto de água. Deve haver o cuidado em transferir todos os resíduos da suspensão aderentes aos corpos, passando-os para uma cápsula que é levada para a estufa a ºC até à massa constante. Peneira-se em seguida pelos peneiros de 0,841mm (n.º20), 0.420mm (n.º40), 0.250mm (n.º60), 0,150mm (n.º140), 0,074mm (n.º200), utilizando a técnica de fazer movimentos horizontais de translação e rotação com os peneiros, pesando também as massas das fracções retidas em cada peneiro. O controlo da validade dos ensaios é feito somando a quantidade de solo acumulada sobre todos os peneiros e verificando se essa é igual à massa total ensaiada com limites de erro de aproximadamente 0,5%. 43

44 5.2.6-Resultados Cálculos Material grosso retido no peneiro de 2,00mm (n.º 10) A percentagem de material grosso é: N 10 = m10/mt x 100 sendo: mt = m10 + m 10 A percentagem de material retido no peneiro n.º x é: Nx = mx / mt x 100 A percentagem retida acumulada N x referente a cada peneiro n.º x é calculada somando a percentagem retida neste peneiro Nx às percentagens retidas nos peneiros de malha mais larga. A percentagem acumulada do material que passa em cada peneiro n.º x é: N x = 100 N x Material fino passado no peneiro de 2,00mm (n.º 10) A percentagem de material fino é: N 10 = m 10/mt x 100 A percentagem desse material retido no peneiro n.º x, referida à massa total da amostra, é: Nx = mx/ma x N 10 A percentagem acumulada do material que passa em cada peneiro n.ºx é: N x = 100 N x 44

45 em que N x percentagem retida acumulada, calculada na aliínea anterior N x percentagem retida acumulada referente a cada peneiro n.º x m10 - massa total da fracção retida no peneiro de 2,00mm (n.º10) m 10 - massa total da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10) mt massa total da amostra mx massa do material retido no peneiro n.º x ma massa do material passado no peneiro de 2,00mm (n.º 10) (amostra de 50g) N 10 percentagem de material grosso N 10 percentagem de material fino 5.3) E LNEC SOLOS: Análise granulométrica Generalidades Entende-se por análise granulométrica, composição granulométrica ou granulometria de um solo a distribuição expressa em peso consoante o número de peneiros, das partículas constituintes desse solo com tamanhos inferiores a determinadas dimensões Objectivos A presente especificação destina-se a fixar o modo de determinar quantitativamente a distribuição por tamanhos das partículas que constituem um solo, para o caso, vai complementar a análise granulométrica feita pela peneiração húmida para as partículas com dimensões inferiores a 0,074mm, ou seja, que passam no peneiro da série ASTM n.º

46 5.3.3-Reagentes -Solução de água oxigenada a 20 volumes -Solução de hexametafosfato de sódio comercial Dissolvem-se 33g de hexametafosfato e 7g de carbonato de sódio em água destilada, até perfazer o volume de 1000 cm3 (antifloculante) Aparelhos e utensílios fig. 19 Aparelhos para ensaio de sedimentação -Série de peneiros ASTM de malha quadrada com as seguintes aberturas; 76,1mm (n.º4 ), 50,8mm (n.º3 ), 38,10mm (n.º2 ), 25,40mm (n.º1 ), 19,00mm (n.º3/4 ), 9,52mm (n.º3/8 ), 4,76mm (n.º4), 2,00mm (n.º10), 0,841mm (n.º20), 0,42mm (n.º40), 0,25mm (n.º60), 0,177mm (n.º80), 0,105mm (n.º140) e 0,074mm (n.º200). -Proveta graduada de 1000 cm3 (fig.20); -Densímetro graduado em intervalos de densidade de 0,001(fig.21); -Termómetro graduado de 0 a 50ºC com limites fig.20 Proveta com Densímetro de erro de 0,5 ºC -Cronómetro(fig.19); -Régua graduada em milímetros - Vareta de vidro de 15cm de comprimento, 4 de diâmetro com ponta de borracha -Exsicador com 25cm de diâmetro fig.21 Fase de leitura -Balança para pesagem com limites de erro de 0,01g 46

47 -Estufa controlada termoestáticamente, capaz de manter a temperatura de ºC -Almofariz e pilão revestido de borracha -Repartidores -Cápsulas de porcelana com 15cm de diâmetro -Frasco de Erlenmeyer de boca larga de 1000cm³ Correcção do menisco Introduz-se o densímetro na proveta de 1000cm³ contendo cerca de 700cm³ de água destilada. Coloca-se o olho ligeiramente abaixo do plano da superfície do líquido e sobe-se lentamente até que a superfície deixe de ser vista como uma elipse e apareça como uma linha recta; determina-se o ponto em que o plano intersecta a escala do densímetro (742,075cm³). Repetindo o processo agora no sentido inverso, ou seja, colocando o olho ligeiramente acima do plano da superfície do líquido, determina-se o ponto em que o limite superior do menisco intersecta a escala do densímetro (742,074cm³). A correcção do menisco CM é feita, fazendo a diferença entre as duas leituras e a correcção será (0,001) Preparação da amostra A quantidade de amostra necessário e o modo de efectuar a sua preparação são indicados na especificação E 195 Solos Preparação por via seca de amostras para ensaios de identificação Técnica Análise granulométrica da fracção passada no peneiro de 2,00mm (n.º10), incluindo partículas de dimensões inferiores a 0,075mm (75 :m) (silte e argila). Nesta última fracção a análise granulométrica é determinada a partir da velocidade de queda das partículas de solo, postas em suspensão numa proveta com água, obtida através da 47

48 medição do peso volúmico da suspensão a diferentes intervalos de tempo método da sedimentação Teor em água Tomam-se 10 a 15g de material passado no peneiro de 2,00mm (n.º10) e determina-se o seu teor em água (Τ) de acordo com a norma NP Preparação do solo Pesa-se uma quantidade com cerca de 50g (solos siltosos ou argilosos), como é o caso registando como a massa de solo seco ao ar ma Sedimentação Tapa-se a boca da proveta com uma rodela de borracha, sobre a qual se coloca a mão, e agita-se vigorosamente com sucessivas inversões da posição da proveta. Logo que se acaba esta operação, coloca-se a proveta na bancada e põe-se o cronómetro em funcionamento. Introduz-se o densímetro na suspensão até uma profundidade ligeiramente superior à posição de flutuação e deixa-se flutuar livremente. Lê-se ao fim de 1 min., 2 min e 5 min. Remove-se o densímetro lentamente, lava-se com água destilada e conserva-se numa proveta com água destilada à mesma temperatura de suspensão. Introduz-se o densímetro na suspensão para leituras aos 15 min, 30 min, 60 min, 250 min, 1440 min (24 horas) e 2880 min (48 horas). Depois de cada leitura Ls, remove-se o densímetro, lava-se e coloca-se na proveta com água destilada. A inserção e remoção do densímetro deve ser feita cuidadosamente para evitar perturbar a suspensão. Normalmente quer a introdução quer a remoção levam 10 s. Deve-se evitar também qualquer vibração da suspensão. Regista-se a temperatura da suspensão com limite de erro a menos de 0,5 ºC, após cada leitura do densímetro. No intervalo das leituras, a proveta deve estar coberta com uma rodela de papel de filtro. Determina-se a correcção do antifloculante colocando 50cm³ da solução antifloculante num pesa filtros de vidro, evaporando a água numa estufa a ºC e determina-se a massa do antifloculante ma (2g) numa balança com limite de erro de 0,01g. A correcção será: Ca=2.ma/

49 Resultados Cálculos Sedimentação Calcula-se a correcção da temperatura Ct por meio do quadro I e a partir das leituras directas do densímetro, calculam-se as leituras corrigidas dos efeitos do menisco, do antifloculante e da temperatura: Lc = Ls + Cm Ca + Ct A percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa seca do solo usado na sedimentação, é: nd = [100000/mb x G/ (G 1)] x (Lc 1) é: A percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa total da amostra, Nd = nd x (100 N 10) /100 O diâmetro das partículas correspondente às percentagens nd e Nd, referida nas alinhas anteriores, é dado, em milímetros, pela expressão da lei de Stokes: D = [30.:. Zs] /980 (G-G1). t = K Zs/t em que Ls leitura directa feita na parte superior do menisco Cm correcção do menisco Ca correcção do antifloculante Ct correcção da temperatura G densidade das partículas, calculada de acordo com a norma NP-83 mb massa seca do solo usado na sedimentação 49

50 Lc leitura do densímetro corrigido nd percentagem de partículas de diâmetro inferior a D, referida à massa seca do solo usado na sedimentação : - Viscosidade da água, em poises (dependente da temperatura) G densidade das partículas G1 densidade do meio da suspensão (pode tomar-se igual a 1,000) Zs profundidade efectiva (distância do nível da suspensão ao centro de impulsão do densímetro), em centímetros, calculada como se indica na calibração do densímetro t intervalo de tempo, em minutos, medido desde o início da sedimentação até a leitura do densímetro Apresentação Os resultados são registados no impresso próprio e com eles traça-se a curva granulométrica em papel semilogarítmico. Podendo ainda ser registados num quadro, a menos de 1%, discriminando as seguintes fracções granulométricas: Seixo grosso 60 a 20mm Seixo médio 20 a 6mm Seixo fino 6 a 2mm Areia grossa 2 a 0,6mm Areia média 0,6 a 0,2mm Areia fina 0,2 a 0,06mm Silte grosso 0,06 a 0,02mm Silte médio 0,02 a 0,006mm Silte fino 0,006 a 0,002mm Argila - < 0,002mm 50

51 Quadro 6 10 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA Data:05/06/06 Local: São Francisco T min. I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :) Amostra # 1 Nº do peneiro 1 ¾ 3/ Malha (mm) 25,40 19,10 9,52 4,76 2,00 Massa do material retido (g) ,00 27,30 32,81 22,90 % do material retido ,2 3,3 4,0 2,8 %acumuladas (retidas) ,2 11,5 15,5 18,3 Massa total da amostra mt = 825 g Massa do material retido no peneiro 10 m10 =151,01 g Massa do material passado no peneiro 10 m 10 = mt-m10 = 673,99 g Percentagem de finos N 10 =100 x m 10/mt = 81,7 % Percentagem de material grosso N 10 = m10/mt x 100 = 18,3 % II SEDIMENTAÇÃO Proveta 001 Água oxigenada 150 cm³ Fervura 10 min. Densímetro Antifloculante _100 cm³ Agitação _15_ min. Correcções{ Menisco C = 0,001 Humidade higroscópica {Ps = 66,29 g Antifloculante C = 0,004 Pa = 78,59 g Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = 2,81 Provete seco ao ar PA = 50 g Temp. médio do ensaio (ºC) T= 20 Provete seco PS = PA x Ps/Pa = 42,17 g K = 0,01287 A = 100/PS x G/(G-1) = 3,67 Temp ºC Correcção devido à temp. C Leitura no densímetro L Lc = L+C+C +C Z cm Z/T D = k Z/T mm B=10³(Lc-1) % A x B % retidas ao total (passados) ,0002 1,028 1, ,30 13,30 0, ,2 92,5 75,9 2 " " 1,027 1, ,50 6,75 0, ,2 88,8 72,6 5 " " 1,026 1, ,65 2,75 0, ,2 85,1 69,6 15 " " 1,024 1, ,25 0,88 0, ,2 77,8 63,7 30 " " 1,023 1, ,40 0,45 0, ,2 74,1 60,6 60 " " 1,022 1, ,60 0,23 0, ,2 70,5 57,6 250 " " 1,019 1, ,05 0,06 0, ,7 61,3 50, " " 1,017 1, ,45 0,01 0, ,2 52,1 42,6 III PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :) N.º do peneiro Malha (mm) 0,84 0,42 0,25 0,177 0,105 0,074 Massa do material retido (g) 0,68 0,86 0,30 0,36 0,49 0,33 % do material retido 1,6 2,0 0,7 0,9 1,2 0,8 % referentes ao total 1,3 1,7 0,6 0,7 0,9 0,6 % acumulados (retidos) 19,6 21,3 21,9 22,6 23,5 24,1 10 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde, Junho de 2006, Análise Granulométrica, amostra n.º 1 51

52 T min. Quadro 7 11 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA Data:05/06/06 Local: São Francisco I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :) Amostra # 2 N.º do peneiro 1 ¾ 3/ Malha (mm) 25,40 19,10 9,52 4,76 2,00 Massa do material retido (g) 98,72 110,30 97,65 62,91 46,98 % do material retido 11,5 12,8 11,4 7,3 5,5 % acumuladas (retidas) 11,5 24,3 35,7 43,0 48,5 Massa total da amostra mt = 860 g Massa do material retido no peneiro 10 m10 = 416,56 g Massa do material passado no peneiro 10 m 10 = mt-m10 = 443,44 g Percentagem de finos N 10 =100 x m 10/mt = 51,6 % Percentagem de material grosso N 10 = m10/mt x 100 = 48,5 % II SEDIMENTAÇÃO Proveta 002 Água oxigenada 150 cm³ Fervura _10 min. Densímetro Antifloculante 100_ cm³ Agitação 15_ min. Correcções{ Menisco C = 0,001_Humidade higroscópica {Ps = 79,82_ g Antifloculante C = _0,004 Pa = 89,21 g Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = 2,78 Provete seco ao ar PA = 50 g Temp. médio do ensaio (ºC) T= 20 Provete seco PS = PA x Ps/Pa = _44,7 g Temp ºC Correcção devido à temp. C K = 0,01268 A = 100/PS x G/(G-1) = 3,49 Leitura no densímetro L Lc = L+C+C +C Z cm Z/T D = k Z/T mm B=10³(Lc-1) % A x B % retidas ao total (passados) ,0006 1,025 1, ,75 13,75 0, ,6 78,9 40,6 2 " " 1,024 1, ,95 6,98 0, ,6 75,4 38,8 5 " " 1,023 1, ,10 2,82 0, ,6 71,9 37,0 15 " " 1,021 1, ,70 0,91 0, ,6 64,9 33,4 30 " " 1,020 1, ,85 0,46 0, ,6 61,4 31,6 80 " " 1,018 1, ,20 0,24 0, ,6 54,4 28,0 250 " " 1,015 1, ,75 0,06 0, ,6 44,0 22, " " 1,012 1, ,25 0,01 0,0013 9,6 33,5 17,3 III- PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :) Nº do peneiro Malha (mm) 0,84 0,42 0,25 0,177 0,105 0,074 Massa do material retido (g) % do material retido % referentes ao total % acumulados (retidos) 11 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde, Junho de 2006, Análise Granulométrica, amostra n.º 2 52

53 Quadro 8 12 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA Local: São Francisco Data:05/06/06 T min. I-PENEIRAÇÃO GROSSA (grãos > 2000 :) Amostra # 3 Nº do peneiro 1 ¾ 3/ Malha (mm) 25,40 19,10 9,52 4,76 2,00 Massa do material retido (g) ,14 81,86 98,66 86,17 % do material retido ,8 10,2 12,3 10,8 % acumuladas (retidas) ,0 27,3 38,1 Massa total da amostra mt = 800 g Massa do material retido no peneiro 10 m10 = 304,83 g Massa do material passado no peneiro 10 m 10 = mt-m10 = 495,17 g Percentagem de finos N 10 =100 x m 10/mt = 61,9 % Percentagem de material grosso N 10 = m10/mt x 100 = 38,1 % II SEDIMENTAÇÃO Proveta 003 Água oxigenada 150 cm³ Fervura 10 min. Densímetro Antifloculante _100 cm³ Agitação 15 min. Correcções{ Menisco C = _0,001_Humidade higroscópica {Ps = 73,11 g Antifloculante C = _0,004_ Pa = 83,48 g Peso específico dos grãos (g/cm³) γs = 2,80 Provete seco ao ar PA = 50 g Temp. médio do ensaio (ºC) T= 20 Provete seco PS = PA x Ps/Pa = 43,8 g K = 0,01261 A = 100/PS x G/(G-1) = 3,55 Temp ºC Correcção devido à temp. C Leitura no densímetro L Lc = L+C+C +C Z cm Z/T D = k Z/T mm B=10³(Lc- 1) % A x B % retidas ao total (passados) ,0006 1,024 1, ,95 13,95 0, ,6 76,7 47,5 2 // // 1,023 1, ,10 7,05 0, ,6 73,1 45,3 5 // // 1,022 1, ,30 2,86 0, ,6 69,6 43,1 15 // // 1,020 1, ,85 0,92 0, ,6 62,5 38,7 30 // // 1,0181 1, ,15 0,47 0, ,1 57,2 35,4 80 // // 1,017 1, ,40 0,24 0, ,6 51,8 32,1 250 // // 1,0135 1, ,50 0,06 0, ,1 39,4 24, // // 1,0105 1, ,55 0,01 0,0013 8,1 28,8 17,8 III- PENEIRAÇÃO FINA (grãos entre 2000 e 74 :) Nº do peneiro Malha (mm) 0,84 0,42 0,25 0,177 0,105 0,074 Massa do material retido (g) 33,62 21,19 10,66 13,33 12,54 8,03 % do material retido 4,2 2,7 1,3 1,7 1,6 1,0 % referentes ao total % acumulados (retidos) 42,3 45,0 46,3 48,0 49,6 50,6 12 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde, Junho de 2006, Análise Granulométrica, amostra n.º 3 53

54 Gráfico 3 13 Amostra # 1 CURVA GRANULOMETRICA Material passado (%) ,001 0,01 0, Log do diâmetro das partículas (mm) Gráfico 4 Amostra # 2 CURVA GRANULOMETRICA Material passado (%) ,001 0,01 0, Log do diâmetro das partículas (mm) Gráfico 5 Amostra # 3 CURVA GRANULOMETRICA Material passado (%) ,001 0,01 0, Log do diâmetro das partículas (mm) 13 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados da Análise Granulométrica das amostras 54

55 5.4) NP LNEC SOLOS: Determinação dos limites de consistência Objectivo A presente norma destina-se a definir e a fixar os processos de determinar os limites de liquidez, de plasticidade e de retracção, de solos para efeitos de engenharia civil Generalidades No caso de solos constituídos essencialmente por silte e argila (solos finos), a variação do teor em água pode conduzir a diferentes estados destes solos. Assim um solo argiloso com baixo teor em água não será moldável; se entretanto adicionarmos água ele passa por um estado em que se desfaz em fragmentos quando se tenta moldá-lo, estado semisólido ou de comportamento friável, se continuar a adicionar água o solo atingirá um estado em que será possível a moldagem, sem a variação de volume e sem fragmentação estado plástico; se acrescentarmos ainda mais água o solo transforma-se numa pasta com o comportamento de um líquido estado líquido ou de comportamento fluido. Os teores em água limites inferiores dos diferentes estados ou fase de comportamento do solo acabados de referir, são designados por limites de Atterberg ou limites de consistência e são no sentido crescente dos teores em água; o limite de retracção (LR ou WS), limite de plasticidade (LP ou WP), e limite de liquidez (LL ou WL). ESTADOS DE COMPORTAMENTO Teor em água crescente Semi-sólido ou de Plástico ou de Líquido ou de Sólido comportamento friável comportamento moldável comportamento fluído LR ou Ws LP ou Wp LL ou Wl 55

56 Pelo quadro acima, verifica-se que o solo apresentará comportamento moldável para teores em água compreendidos entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade. A respectiva diferença numérica designa-se por índice de plasticidade: Ip = Wl Wp Campo de aplicação no conteúdo geral Os ensaios são realizados com o material que passa no peneiro de 0,425mm (n.º 4) da série ASTM, preparados conforme a norma E-195-Solos:Preparação por via seca de amostras para ensaios de identificação. Deve-se ter o cuidado para o caso de amostras que contem matéria orgânica, pois estes não secam na natureza por isso devem ser transportados para o laboratório em recipientes fechados e ensaiados antes que sequem como forma a não perderem as respectivas propriedades e consequentemente a plasticidade Determinação do limite de liquidez Campo de aplicação A determinação do limite de liquidez é somente aplicável a solos com cerca de 30% ou mais, em massa de partículas com dimensões inferiores a 0.05mm Definição e símbolo Limite de liquidez de uma amostra de solo é o teor em água correspondente a 25 pancadas, obtido por interpolação numa curva que relaciona o teor em água de cada um de 4 provetes da amostra, com o número de pancadas para o qual os bordos inferiores de um sulco aberto num provete se unem numa extensão de 1cm, quando o ensaio é feito na concha de Casagrande. Tal limite é especificado com o símbolo LL Aparelhos e utensílios (fig. 22) -Concha de Casagrande (fig.23); -Riscador -Almofariz e pilão revestido com mão de borracha Fig.22 Aparelhos para L.L. 56

57 -Peneiro de malha quadrada de 0,42mm (n.º 40 da série ASTM) -Cápsula de porcelana com 10cm de diâmetro -Espátula Fig Concha de Casagrande em duas dimensões Preparação dos provetes Toma-se 500g da amostra a ensaiar, que se pisam no almofariz com mão de borracha, com o objectivo de promover a separação das suas partículas sem alteração da granulometria, e passam-se através do peneiro de 0,42mm (n.º40). Do material passado neste peneiro tomam-se 100g que se amassam à espátula com água destilada até se formar uma pasta homogénea e consistente. De cada vez que se adiciona água, a amassadura deve durar 5 min. Toma-se uma porção da pasta preparada e colocada na concha de Casagrande de modo que se tenha uma camada, não muito comprimida, com a espessura de 1cm e com a superfície nivelada. Ensaiada o primeiro provete, serão sucessivamente preparados mais três por adição de novas quantidades de água destilada à pasta anteriormente obtida, para que torne mais fluida. 14 António Gomes Correia, Lisboa 1980, pág. 162, Ensaios para controlo de terraplanagens 57

58 Os teores em água dos 4 provetes devem ser escolhidos de modo que o número de pancadas necessárias para unir os bordos dos sulcos não varie entre 10 a 40, e se distribuam, em dois ensaios, abaixo de 25 pancadas e outros dois, acima Técnica do ensaio Antes do início do ensaio, deverá proceder-se, com o auxílio do calibre, à regulação da altura de queda da concha e também a um treino do operador com o fim de que a manivela da concha de Casagrande seja accionada, durante o ensaio, de modo que dê 30 voltas em 15 s. Preparado o primeiro provete, faz-se nele um sulco que deverá ser obtido deslocando o riscador segundo o diâmetro da concha normal ao eixo da manivela e mantendo-o perpendicular à superfície da concha. Acciona-se em seguida a manivela, à razão de 2 voltas por segundo, até que as duas porções do provete, devido às pancadas da concha sobre a base, entrem em contacto pela parte inferior do sulco numa extensão de cerca de 1cm, e anota-se o número de pancadas correspondente. Retira-se, então, com a ponta da espátula, cerca de 10g do provete da zona do sulco em que se deu a união, e procede-se à determinação do seu teor em água, segundo a norma NP-84. Repete-se sobre cada um dos restantes três provetes as tais operações Resultados Anotado o número de pancadas correspondente a cada um dos ensaios, traça-se uma curva, relacionando o teor em água de cada um dos provetes com o correspondente número de pancadas, num diagrama em que se marca, em ordenadas, o teor em água em escala aritmética, e em abcissas o número de pancadas em escala logarítmica. O limite de liquides da amostra ensaiada é dado pelo teor em humidade correspondente a 25 pancadas, obtido por interpolação na curva traçada como se indicou. 58

59 O resultado é expresso em percentagem e apresenta-se arredondado às unidades. Havendo casos em que não se consegue determinar o limite de liquides sendo tal solo mencionado como não plástico Determinação do limite de plasticidade Campo de aplicação A determinação do limite de plasticidade é somente aplicável a solos com cerca de 30%, ou mais, em massa, de partículas de dimensões inferiores a 0,05 mm Difinição e símbolo Limite de plasticidade de uma amostra de solo, é a média dos teores em água de 4 provetes da amostra a ensaiar, cada um dos quais é o maior teor em água com que rompe cada provete ao pretenderse transformá-lo num filamento cilíndrico com cerca de 3mm de diâmetro (fig. 24), por rolarem entre a palma da mão e uma placa de vidro. Representa-se pelo símbolo LP. Fig.24 Amostra de filamento cilíndrico Aparelhos e utensílios -Almofariz -Peneiro de malha quadrada de 420 : (n.º 40) da série ASTM -Placa de vidro -Espátula Preparação do provete Tomam-se 100g da amostra seca na estufa, que será pisado no almofariz com a simples finalidade de separar as partículas, e peneira-se no peneiro n.º

60 Do material que passar em tal peneiro toma-se 20g, que será amassado à espátula com água destilada, até que a massa se torne suficientemente plástica para permitir a moldagem com facilidade de quatro pequenas esferas de diâmetro sensivelmente iguais Técnica do ensaio Rolam-se um dos provetes da mistura obtida entre a palma da mão e a placa de vidro, com a pressão suficiente para a transformar num filamento cilíndrico. Quando o diâmetro do filamento atinge cerca de 3mm, caso não rompa, volta-se a formar a esfera e a torná-la de novo, num filamento cilíndrico continuando estas operações até que devido à progressiva secagem do provete, se dê a ruptura do filamento quando o seu diâmetro atingir os 3mm. Neste caso já, recolhe-se os aglomerados do filamento, determinando o seu teor em água segundo a norma NP-84. A técnica será repetida para os restantes três provetes Resultados O limite de plasticidade da amostra ensaiada é a média dos teores em água determinados para os quatro provetes. O resultado é expresso em percentagem e apresenta-se arredondado às unidades. fig.25 Preparação da pasta de solo 60

61 Quadro 9 15 Data: 15/06/05 Amostra N.º 1 Local: São Francisco LIMITE DE LÍQUIDEZ Cápsula (N.º) m2 Amostra hum. + cápsula (g) 18,51 17,23 18,02 17,57 m3 Amostra seca + cápsula (g) 14,61 13,81 14,52 14,25 m1 Peso da cápsula (g) 8,77 8,50 8,63 8,47 Ww = m2-m3 Peso da água (g) 3,90 3,42 3,50 3,32 Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 5,84 5,31 5,89 5,78 Ww/Ws x 100 Teores de humidade (%) 66,8 64,4 59,4 57,4 N.º de golpes ω(%) LIMITE DE PLASTICIDADE Cápsula (N.º) m2 Amostra hum. + cápsula (g) 10,76 9,98 10,79 10,46 m3 Amostra seca + cápsula (g) 10,29 9,55 10,28 10,09 m1 Peso da cápsula (g) 8,92 8,32 8,81 9,01 Ww = m2-m3 Peso da água (g) 0,47 0,43 0,51 0,37 Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 1,37 1,23 1,47 1,08 Ww/Ws x 100 Teor de humidade (%) 34,3 34,9 34,7 34,3 Teor de hum. Médio (%) 34,6 RESUMO LL (%) 61 LP (%) 34,6 IP = LL-LP (%) 26,4 15 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de Consistência, amostra n.º 1 61

62 Quadro Data: 15/06/05 Amostra Nº2 Local: São Francisco LIMITE DE LÍQUIDEZ Cápsula (Nº) m2 Amostra hum. + cápsula (g) 19,00 18,60 21,36 20,66 m3 Amostra seca + cápsula (g) 15,85 15,40 17,17 16,37 m1 Peso da cápsula (g) 8,77 8,50 8,63 8,47 Ww = m2-m3 Peso da água (g) 3,15 3,20 4,19 4,29 Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 7,68 6,40 8,54 7,90 Ww/Ws x 100 Teores de humidade (%) 44,5 46,4 49,1 54,3 N.º de golpes ω (%) LIMITE DE PLASTICIDADE Cápsula (N.º) m2 Amostra hum. + cápsula (g) 10,52 10,11 10,29 10,77 m3 Amostra seca + cápsula (g) 10,19 9,74 9,98 10,40 m1 Peso da cápsula (g) 8,92 8,32 8,81 9,01 Ww = m2-m3 Peso da água (g) 0,33 0,37 0,31 0,37 Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 1,27 1,42 1,17 1,39 Ww/Ws x 100 Teor de humidade (%) 26,0 26,0 26,5 26,6 Teor de hum. Médio (%) 26,3 RESUMO LL (%) 49 LP (%) 26,3 IP = LL-LP (%) 22,7 16 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de Consistência, amostra n.º 2 62

63 Quadro Data: 15/06/05 Amostra N.º 3 Local: São Francisco LIMITE DE LÍQUIDEZ Cápsula (N.º) m2 Amostra hum. + cápsula (g) 6,30 6,39 6,37 21,51 m3 Amostra seca + cápsula (g) 20,01 21,12 21,77 37,98 m1 Peso da cápsula (g) 15,64 16,23 16,55 32,26 Ww = m2-m3 Peso da água (g) 9,34 9,84 10,18 10,75 Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 4,37 4,89 5,22 5,72 Ww/Ws x 100 Teores de humidade (%) 46,8 49,7 51,3 53,2 N.º de golpes ω(%) LIMITE DE PLASTICIDADE Cápsula (N.º) m2 Amostra hum. + cápsula (g) 6,37 6,49 6, m3 Amostra seca + cápsula (g) 10,31 10,66 10, m1 Peso da cápsula (g) 9,54 9,86 10, Ww = m2-m3 Peso da água (g) 3,17 3,37 3, Ws = m3-m1 Amostra seca (g) 0,77 0,80 0, Ww/Ws x 100 Teor de humidade (%) 24,3 23,7 24, Teor de hum. Médio (%) 24,1 RESUMO LL (%) 50,3 LP (%) 24,1 IP = LL-LP (%) 26,2 17 Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde(LEC), Junho de 2006, Resultados dos Limites de Consistência, amostra n.º 3 63

64 CAPITULO VI 6) ENSAIOS DE COMPACTAÇÃO DOS SOLOS A utilização dos solos como material de construção faz-se desde o início da civilização Humana. Com a compactação procura-se melhorar as características dos solos, de forma a satisfazer os requisitos de uma determinada obra. Tem como principal objectivo, prever e evitar assentamentos futuros, melhorar a capacidade do solo em suportar cargas e garantir uma maior estabilidade do material em obra. Designa-se por compactação de um solo a acção manual ou mecânica que visa provocar nesse solo uma diminuição do seu índice de vazios, a qual é conseguida, fundamentalmente, à custa da redução do volume da sua fase gasosa, melhorando as suas características de resistência, deformabilidade e permeabilidade. A diminuição de índice de vazios do solo, ou seja um aumento do peso volúmico aparente seco, conduz a uma maior área de contacto entre as partículas sólidas constituintes do solo, e consequentemente a um aumento da respectiva capacidade de suportar cargas. Em geral, o comportamento dos solos dependem do seu índice de vazios, nomeadamente as suas características de resistência ao corte, deformabilidade e permeabilidade, pelo que, quanto menor for o seu índice de vazios, maior será a sua resistência ao corte e menores serão a sua deformabilidade e permeabilidade. Mediante a redução do índice de vazios e densificação de um solo através da compactação, é possível melhorar as suas condições de resposta a futuras solicitações, já que a compactação consegue promover nos solos um aumento da sua resistência estável e a diminuição da sua compressibilidade e permeabilidade. Os fundamentos da compactação de solos foram desenvolvidos por Ralph Proctor, que, na década de 30, postulou ser a compactação uma função de quatro variáveis: -Peso específico seco (γd); -Tipo de solo. - Teor de humidade (w); - Energia de compactação; 64

65 A compactação é um processo de estabilização de solos utilizado em diversos tipos de obras de engenharia, nomeadamente em aterros rodoviários e barragens de terra, em que o solo é o próprio material resistente ou de construção. Na construção de uma obra de terra há um variado conjunto de decisões que é necessário tomar e que vão desde a escolha do tipo de materiais mais adequados para a obra em causa, à fixação dos parâmetros de cálculo, escolha dos equipamentos de construção e dos métodos de execução dos próprios aterros, bem com as operações de controle e fiscalização da construção. Conclusão, quanto mais compacto ou denso for o solo menos susceptível será em sofrer assentamentos e dificulta ainda mais a passagem da água ou seja torna-se impermeável Ensaio de compactação tipo Proctor Finalidade Os ensaios laboratoriais de compactação tipo Proctor têm como finalidade controlar os resultados conseguidos durante os trabalhos de compactação. Esses ensaios tentam reproduzir em laboratório as condições de campo, confirmando o que a experiência já tinha revelado, ou seja, perante um determinado teor em água do solo, com uma determinada energia de compactação, se consegue melhores resultados na compactação (baridade seca- γd). Tais ensaios permitem determinar para uma dada energia de compactação, qual o teor em água necessário para se obter o peso volúmico aparente seco máximo (γdmáx.) Princípio do ensaio O ensaio consiste em compactar num molde normalizado, e com ajuda de pilões de compactação também normalizados, uma amostra de solo, determinando-se o peso volúmico aparente seco e o teor em água do solo em análise. Com uma compactação por camadas mas com quantidades aproximadas repete-se o processo de compactação que nos vai dar uma curva, que se designa por curva de compactação, num diagrama em que, em abcissas, se representam os teores em água e,

66 em ordenadas, as baridades secas. Esta curva tem geralmente um máximo cujas coordenadas são: em abcissas o teor em água óptimo (Wopt.) e em ordenada o peso volúmico aparente seco máximo ou baridade seca máxima (dmáx.). A documentação normativa numa especificação do LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia civil) define: 6.2- E LNEC SOLOS: Ensaio de compactação Objectivos A presente especificação destina-se a fixar o modo de determinar a relação entre o teor em água e a baridade seca dos solos. Além de outras aplicações, o ensaio de compactação permite fixar um termo de comparação para o controle da baridade e da humidade no campo Tipo de compactação efectuado Compactação leve em molde grande Aparelhos e utensílios (fig. 26) -Molde grande -Pilão de compactação leve fig.26 Equipamentos para compactação tipo Proctor -Extractor de provetes -Balança para pesagem -Peneiros ASTM -Rasoira com aresta biselada fig.27 Compactador 66

67 Técnica Compactação leve com molde grande Seca-se a amostra ao ar, espalhando-a em camada pouco espessa sobre um tabuleiro, desfazendo os torrões com cuidado de modo a não reduzir o tamanho natural das partículas. Passa-se o material através do peneiro de 50,8mm (n.º3 ) e rejeita-se a fracção retida. Esquartela-se a amostra até obter a quantidade de solo necessária para o ensaio (seis provetes). Utilizando o peneiro de 19,0mm (n.º3/4 ) divide-se o material assim obtido em duas fracções que se pesam; se a fracção retida for superior a 20% deve-se considerar que o ensaio de compactação não tem significado. Existindo contudo a possibilidade com base em ensaios clássicos de compactação determinar a baridade seca máxima corrigida. Caso contrário, substitui-se esta fracção por igual massa de material passado no peneiro de19,0 mm (n.º3/4 ) e retido no peneiro de 4,76mm (n.º4), e juntam-se à fracção passada no peneiro de 19,0mm. Homogeneíza-se a mistura que depois é separada em seis fracções no mínimo com 4,5kg cada. Mistura-se bem cada uma destas fracções de solo com a quantidade de água considerada suficiente para que os provetes fiquem com teores em água diferindo cerca de 2% entre si, ou seja, uma primeira quantidade de 150dl que se vai adicionando à mesma para as restantes provetas; quatro destes valores devem situar-se abaixo do valor provável do teor óptimo em água. Na compactação dos diferentes provetes com teores em água crescentes, o estacionamento ou a diminuição da massa dos provetes é indicação de se ter ultrapassado o teor óptimo em água. Compacta-se cada uma das fracções de solo no molde efectuando as seguintes operações: 67

68 fig.28 Preparação do ensaio (compactação) fig.29 Colocação do material no molde fig.30 Compactação manual com pilão leve fig.31 Rasamento do molde -Coloca-se o espaçador sobre a base e aperta-se o molde com a alonga fixada; -Estende-se o solo sobre o tabuleiro e divide-se em três partes iguais (fig. 28); -Deita-se uma primeira parte que se dividiu no molde e com o molde assente sobre uma base rígida, compacta-se o solo com 55 pancadas do pilão de compactação leve (fig. 29), distribuídas uniformemente sobre a superfície; a camada depois de compactada deve ficar com 4 a 4,5cm de espessura; -Deita-se uma outra parte da camada de solo e procede-se à compactação com 55 pancadas (fig. 30); -Repete-se a operação para a formação da terceira camada; a superfície desta deve exceder o bordo do molde, dentro da alonga, cerca de 1cm; 68

69 -Retira-se a alonga e rasa-se cuidadosamente o molde, preenchendo-se qualquer concavidade eventualmente formada (fig. 31). -Retira-se o molde da base e o espaçador. Escova-se para limpar o molde contendo o provete e pesado imediatamente. -Extrai-se provetes no molde, retirando três porções do solo contidas no seu interior; a cerce de 2cm de cada topo e no meio, para determinação, por média do teor em água de acordo com a norma NP Resultados Cálculos A baridade seca do solo (s é calculada, para cada provete, pela seguinte expressão: ((w x 100) / (100 + ω) em que (w Baridade húmida do solo, que é o quociente entre a massa do provete, expressa em gramas, pela capacidade do molde utilizado, expressa em centímetros cúbicos ω- Teor em água do solo expresso em percentagem Traça-se a curva baridade seca-teor em água, marcando em ordenadas os valores das baridades secas e em abcissas os respectivos teores em água, e determina-se nesta os valores do teor óptimo em água e da baridade seca máxima, que corresponde ao ponto máximo da curva. Atendendo a esses resultados (teor em água óptimo/baridade seca máxima), comparando a baridade in situ (E LNEC- Determinação da baridade seca in situ pelo método da garafa de areia) conseguimos determinar a eficiência da compactação de um terreno já compactado. 69

70 Num outro processo, os mesmos resultados permite-nos, saber qual a quantidade de água necessário para a moldagem dos provetes para o ensaio de CBR (E LNEC), permitindo assim determinar a resistência de um determinado solo Apresentação A baridade seca máxima apresenta-se em gramas por centímetros cúbicos, arredondados às centésimas e o teor óptimo em água apresenta-se em percentagem, arredondado às décimas. fig.32 Apresentação em duas dimensões do molde e do pilão de compactação Laboratório Nacional de Engenharia Civil, E SOLOS: Ensaio de Compactação 70

71 Gráfico 6- Baridade seca máxima/teor em água óptimo Entidade: Laboratório de Engenharia Civil de Cabo Verde Local: São Francisco Amostra # 1 NÚMERO DO ENSAIO Volume do molde (cm 3 ) 2113, Peso do molde (g) 4810,0 4810,0 4810,0 4810,0 4810,0 TEORES EM ÁGUA Peso do molde + solo húmido (g) 8973,0 9347,0 9534,0 9416,0 9416,0 Peso do solo húmido (g) 4163,0 4537,0 4724,0 4606,0 4606, 0 Baridade húmida (g.cm -3 ) 1,970 2,147 2,236 2,180 2,180 Baridade seca (g.cm -3 ) 1,895 1,997 2,017 1,902 1,902 Número do tabuleiro A B C D D Peso do tabuleiro (g) 131,0 134,0 129,0 141,0 141,0 Tabuleiro + Solo húmido (g) 1200,0 1233,0 1276,0 1208,0 1208,0 Tabuleiro + Solo seco (g) 1159,0 1156,0 1164,0 1072,0 1072,0 Peso da água (g) 41,0 77,0 112,0 136,0 136,0 Peso do solo seco (g) 1028,0 1022,0 1035,0 931,0 931,0 Teor em água (%) 3,99 7,53 10,82 14,61 14,61 3,99 1,895 7,53 1,997 10,82 2,017 14,61 1,902 14,61 1,902 #REF! #REF! Baridade seca Máxima g/cm³ Ensaio 2,03 Corrigida Teor óptimo Ensaio 9,80 % Corrigido 71

72 CAPITULO VII 7) CLASSIFICAÇÃO DOS TERRENOS (SOLOS) A designação terreno aplica-se tanto a solos como às rochas, distinguindo-se os primeiros das segundas porque se desagregam quando agitados em água durante um curto período de tempo. Os solos são constituídos por um conjunto de partículas sólidas de vários tamanhos, deixando entre si, vazios que poderão estar totalmente ou parcialmente preenchidos por água ou outro fluído. Quanto ás dimensões das partículas que os constituem podem os solos classificar-se do seguinte modo: argilas <0,002mm; silte -0,002mm a 0,06mm; areia fina 0,06mm a 0,2mm; areia média 0,2mm a 0,6mm; areia grossa -0,6mm a 2mm; seixo 2 mm a 60mm. A determinação das dimensões das partículas e das proporções relativas destas foram realizados por intermédio de ensaios para a identificação dos solos segundo as normas E LNEC (SOLOS: Análise granulométrica), E LNEC (SOLOS: Análise granulométrica por peneiração húmida) e SOLOS: Determinação dos limites de consistência (NP ). Os resultados da peneiração e sedimentação (partes constituintes dos ensaios), apresentam-se sob a forma gráfica através da curva granulométrica, coincidindo com a dimensão que separa a areia do silte (0,06mm). No gráfico da curva granulométrica, as abcissas representam o diâmetro equivalente das partículas (comprimento do lado da malha quadrada de menores dimensões através do qual passa a partícula). A situação das curvas no gráfico revela os tipos de materiais ai representados. As curvas que ficam mais elevadas ou mais para a esquerda indicam granulometrias de material relativamente mais fino, enquanto que as curvas que ficam mais para baixo ou à direita indicam o material mais grosso. 72

73 A inclinação geral da curva é uma indicação da granulometria ou gama dos tamanhos das partículas que compõem o solo. Sob o ponto de vista da Engenharia, uma mistura bem graduada é aquela que contem uma variedade de partículas cobrindo uma grande gama de tamanhos. Este tipo de solos tem geralmente uma resistência e estabilidade mais elevada do que um solo mal graduado (fig. 33), em que os grãos são de tamanho mais uniforme. fig.33 Solo mal graduado (amostra n.º 2) A ideia de classificar os solos vem da possibilidade de reduzir custos na previsão de seu comportamento. Se conseguirmos definir através de ensaios simples em que grupo se encontra um solo, basta sabermos o comportamento dos solos daquele grupo para termos uma boa noção do seu comportamento. A classificação dos solos, pode ser feita com base em diversos critérios. Com base nos resultados obtidos dos ensaios de determinação da composição granulométrica e dos limites de Atterberg, procedemos à classificação das amostras do solo. (Ver mapa de resultados) 73

74 ENTIDADE REQUISITANTE: OBRA: Loteamento habitacional IDENTIFICAÇÃO DO SOLO: AMOSTRA nº1 DATA : Praia, 20 de Maio de 2005 LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE ÁREA DA GEOTECNIA ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL MAPA DE RESULTADOS TEOR EM ÁGUA 18,4% ANÁLISE PASSADO # 10 ASTM (2,00 mm) 81,7% GRANULOMÉTRICA PASSADO # 40 ASTM 78,7% (VER CURVA GRANULOMÉTRICA) PASSADO # 200 ASTM 75,9% % ARGILA 42,6% LIMITES DE LIMITE DE LIQUIDEZ 61,0% ATTERBERG LIMITE DE PLASTICIDADE 34,6% INDICE DE PLASTICIDADE 26,4% CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS OH COMPACTAÇÃO PROCTOR TEOR EM ÁGUA OPTIMO 9,8% MODIFICADO PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO 2,05g.cm³ PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS DO SOLO 2,81 g/cm³ EXPANSIBILIDADE LINEAR * 19 22,4% OBSERVAÇÕES: OH - Argilas orgânicas de média a alta plasticidade. * De acordo com a especificação LNEC - 200, é considerado solo expansivo aquele que exibe índice de expansibilidade superior a 8 %. O Técnico / Experimentador, O Engenheiro Orientador, Etson E. S. Tavares Quadro 12- Mapa de resultados amostra n.º 1 19 Expansibilidade linear - Variação de volume, expressa em percentagem, da fracção de um solo que passa no peneiro de 0,420 mm (n.º40) ASTM, quando em condições bem definidas de compactação, absorve água por capilaridade através de uma placa porosa. 74

75 LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE ÁREA DA GEOTECNIA ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL ENTIDADE REQUISITANTE: OBRA: Loteamento habitacional IDENTIFICAÇÃO DO SOLO: AMOSTRA nº2 DATA : Praia, 20 de Maio de 2005 MAPA DE RESULTADOS TEOR EM ÁGUA 11,5% ANÁLISE PASSADO # 10 ASTM (2,00 mm) 51,5% GRANULOMÉTRICA PASSADO # 40 ASTM 48,0% (VER CURVA GRANULOMÉTRICA) PASSADO # 200 ASTM 43,7% % ARGILA 17,3% LIMITES DE LIMITE DE LIQUIDEZ 49,0% ATTERBERG LIMITE DE PLASTICIDADE 26,3% CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS COMPACTAÇÃO PROCTOR TEOR EM ÁGUA OPTIMO INDICE DE PLASTICIDADE 22,7% MODIFICADO PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO - SC - PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS DO SOLO EXPANSIBILIDADE LINEAR * 2,78 g/cm³ 24,9% OBSERVAÇÕES: SC - Areias argilosas e misturas de areia e argila, mal graduadas. * De acordo com a especificação LNEC - 200, é considerado solo expansivo aquele que exibe índice de expansibilidade superior a 8 %. O Técnico / Experimentador, O Engenheiro Orientador, Etson E. S. Tavares Quadro 13- Mapa de resultados amostra n.º 2 75

76 LABORATÓRIO DE ENGENHARIA CIVIL DE CABO VERDE ÁREA DA GEOTECNIA ENGENHARIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL ENTIDADE REQUISITANTE: OBRA: : Loteamento habitacional IDENTIFICAÇÃO DO SOLO: AMOSTRA nº3 DATA : Praia, 20 de Maio de 2005 MAPA DE RESULTADOS TEOR EM ÁGUA 14,2% ANÁLISE PASSADO # 10 ASTM (2,00 mm) 61,9% GRANULOMÉTRICA PASSADO # 40 ASTM 55,0% (VER CURVA GRANULOMÉTRICA) PASSADO # 200 ASTM 49,4% % ARGILA 17,8% LIMITES DE LIMITE DE LIQUIDEZ 50,3% ATTERBERG LIMITE DE PLASTICIDADE 24,1% INDICE DE PLASTICIDADE 26,2% CLASSIFICAÇÃO UNIFICADA DOS SOLOS OH COMPACTAÇÃO PROCTOR TEOR EM ÁGUA OPTIMO - MODIFICADO PESO VOLÚMICO APARENTE SECO MÁXIMO - PESO ESPECÍFICO DAS PARTÍCULAS DO SOLO 2,80 g/cm³ EXPANSIBILIDADE LINEAR * 22,0% OBSERVAÇÕES: SC - Areias argilosas e misturas de areia e argila, mal graduadas. * De acordo com a especificação LNEC - 200, é considerado solo expansivo aquele que exibe índice de expansibilidade superior a 8 %. O Técnico / Experimentador, O Engenheiro Orientador, Etson E. S. Tavares Quadro 14- Mapa de resultados amostra n.º 3 76

77 7.1- E LNEC SOLOS: Classificação para fins rodoviários A sua especificação destina-se a classificar os solos e suas misturas em grupos, com base nos resultados de ensaios de determinação de algumas das suas características físicas e atendendo ao seu comportamento em estradas. Sistema de Classificação H.R.B. É um sistema de classificação muito usado pelos engenheiros de estradas. Os solos seguem uma ordem decrescente de qualidade de A1 a A8. São também divididos em três grupos: Solos Granulares A1, A2 e A3 Solos Finos A4, A5, A6 e A7 Turfa A Cálculo do índice de grupo O índice de grupo IG, expresso por um número inteiro, é calculado pela fórmula empírica seguinte: IG = 0,2. a + 0,005.a.c + 0,01.b.d em que a diferença arredondada à unidade, entre o valor da percentagem do material que passa no peneiro de 0,074mm (n.º 200) da série ASTM e 35; porém adoptar-se-á a igual a 40 se aquela percentagem for maior que 75 e a igual a 0 se for menor que 35. b diferença arredondada à unidade, entre o valor da percentagem do material que passa no peneiro de 0,074mm (n.º 200) e 15; porém, adoptar-se-á b igual a 40 se aquela percentagem for maior que 55 e b igual a 0 se for menor que 15. c diferença entre o valor do limite de liquidez e 40; porém, adoptar-se-á c igual a 20 se aquele limite for maior que 60 e c igual a 0 se for menor que 40. d - diferença entre o valor do índice de plasticidade e 10; porém, adoptar-se-á d igual a 20 se aquele índice for maior que 30 e d igual a 0 se for menor que

78 Classificação A classificação é feita com base na presente norma e na tabela de classificação de solos do Regulamento de Pequenas Barragens de terra, Decreto n.º48373 de 8/5/68. Procurando, a partir da esquerda para a direita, o primeiro grupo que satisfaça aos resultados dos ensaios.cada grupo é referenciado pela letra A seguida de um número ou números e de um parêntesis encerrando o seu índice de grupo pela já referida fórmula IG Resultados Cálculos Amostra nº 1 a = 75,9-35 = 40,9 b = 75,9 15 = 61 => 40 c = = 21 => 0 d = 26,4 10 = 16,4 Amostra nº 2 a = 40,6-35 = 5,6 => 0 b = 40,6 15 = 25,6 c = = 9 => 0 d = 22,7 10 = 12,7 Amostra nº 3 a = 47,5-35 = 12,5 => 0 b = 47,5 15 = 32,5 c = 50,3 40 = 10,3 => 0 d = 26,2 10 = 16,2 I.G. (1) = 0,2 x 40,9 + 0,005 x 40,9 x 0 + 0,01 x 40 x 16,4 = 14,74 I.G. (2) = 0,2 x 0 + 0,005 x 0 x 0 + 0,01 x 25,5 x 12,7 = 3,24 I.G. (3) = 0,2 x 0 + 0,005 x 0 x 0 + 0,01 x 40 x 16,2 = 6,48

79 Descrição dos grupos Amostra nº1 Grupo A-7 (Materiais silto-argilosos) - O material característico deste grupo é um solo argiloso plástico, tendo 75,9% de partículas passadas no peneiro de 0,074mm (n.º200) ASTM. Com um limite de liquidez alto (61%), pode ser elástico e estar a grandes variações de volumes, sendo por isso considerado um solo expansivo. Subgrupo A-7-5- É constituído por materiais com índice de plasticidade moderado em relação ao limite de liquidez, (Ip =< L.L ,4 < 31) denominado de argila orgânica com média a alta plasticidade. Amostra n.º2 Grupo A-2 (Materiais granulares) No caso em que a percentagem de materiais passados no peneiro de 0,074mm (n.º200) ASTM ser superior a 35% (para a referida amostra 56,3%). Abrangendo uma larga variedade de materiais que não podem ser classificados nos restantes grupos, contendo pois elevado teor de finos (40,6%) e do índice de plasticidade 22,7 tem como respectivo subgrupo: Subgrupo A-2-7- Constituídos por materiais granulares contendo 35% ou menos de partículas passando no peneiro de 0,074mm (n.º200)astm, onde a fracção que passa no peneiro de 0,42mm (n.º40) ASTM tem características de um solo argiloso plástico. Com o índice de grupo compreendido entre 0 a 4 (3,24), devido ao efeito combinado dos valores de índice de plasticidade superiores a 10 (22,7) e dos valores da percentagem passando no peneiro de 0,074mm (n.º200) ASTM superiores a 15 (40,6%). Amostra n.º3 Classificou-se de forma idêntica à amostra n.º 2, 79

80 CAPÍTULO VIII 8) IMPULSO DE TERRAS; DIMENSIONAMENTO DE MUROS DE SUPORTE As estruturas que interactuam com o solo através de forças de componente predominantemente horizontais, que no caso, aqui se vai referir, a estrutura é construída para suportar um maciço terroso. Diz-se que um maciço esta suportado quando a respectiva superfície lateral tem uma inclinação em relação à horizontal maior do que aquela que assumiria sem o auxílio de qualquer acção exterior comunicado pela estrutura de suporte (fig. 34). Nesse caso, as forças que o solo exerce sobre as estruturas são denominadas acções ou solicitações 20. fig. 34 Estrutura a suportar um maciço terroso A avaliação de tais acções é um problema que se considera resolvido de forma satisfatória e, nalguns casos, sendo mesmo muito antiga, remontando aos séculos XVIII e XIX, respectivamente por Coulomb e Rankine. Estas teorias desenvolvidas com o objectivo de determinar as acções (solicitações) são por vezes genericamente designadas por Teorias dos Estados de Equilíbrio Limite Coeficiente de impulso Nota Preliminares No âmbito de introduzir essas teorias e aplica-las no caso do dimensionamento de muros de suporte rígidos, também designados por muros-gravidade é fundamental abordar os conceitos de coeficiente de impulso. 20 Manuel de Matos Fernandes, FEUP 1995, pág. 7.1, Mecânica dos Solos vol. II 80

81 O coeficiente de impulso (K) é o factor que relaciona as tensões efectivas horizontais e verticais num dado ponto (K=σ h/σ v), sendo dependente das deformações horizontais experimentadas pelo maciço quando sujeito a dadas solicitações, para um solo com determinadas características mecânicas. O coeficiente de impulso em repouso (Ko), ocorre no estado natural do terreno, ou seja, quando são aplicadas solicitações sem que ocorram deformações horizontais. - Coeficiente de impulso em repouso, Ko: Ko = 1- senφ; (Teoria de Jacky) - O coeficiente de impulso activo (Ka), ocorre quando uma estrutura se desloca descomprimindo o maciço, provocando um alívio de tensões no solo. Coeficiente de impulso activo, Ka (Rankine); Para um terrapleno horizontal Ka = (1 - senφ)/(1 + senφ) - O coeficiente de impulso passivo (Kp), ocorre quando uma estrutura se desloca comprimindo o maciço, provocando um aumento de tensões. Coeficiente de impulso passivo, Kp (Rankine) Para um terrapleno horizontal Kp = (1 + senφ)/(1 - senφ) Kp = 1/Ka Método de Rankinne Hipótese e formulação originais O método original desenvolvido por Rankinne (1857) pressupõe os estados de equilíbrio limite, coeficientes de impulso activo e passivo. Sendo corrente designar estes estados de equilíbrio limite por estados de equilíbrio limite de Rankine. Este método 81

82 permite determinar as pressões sobre determinado paramento quando este entra em contacto com um maciço em estado de equilíbrio limite. O método de Rankine baseia-se nas seguintes hipóteses(fig.35): i) O maciço é de natureza puramente friccional; ii) iii) iv) A superfície do terreno (terrapleno) é horizontal; O paramento é vertical e rígido; É nulo o atrito entre o solo e o paramento. Assim, sendo γ o peso específico (massa volúmica) do solo, as tensões horizontais (Método de Rankine) para um maciço puramente friccional à altura z serão: σ h(z) = K.σ v(z) = K.γ. z Fig.35 Hipóteses referentes à formulação original do Método de Rankine Em que K é o coeficiente de impulso (activo ou passivo, conforme o caso), concluindo assim, que se o maciço for homogéneo o diagrama das pressões é triangular, linearmente crescente em profundidade, dado que γ e φ (logo k) são constantes. A resultante das pressões correspondentes a uma dada profundidade, h, constitui o chamado impulso (activo ou passivo, conforme o caso), e calcula-se integrando as mesmas entre a superfície e aquela profundidade: I = h 0 K.σ v.dz = ½.K.γ.h² 82

83 O ponto de aplicação do impulso, caso o maciço seja homogéneo, estará obviamente, a uma profundidade de 2/3h. O impulso passivo é uma relação do solo contra qualquer acção ou solicitação aplicada por uma estrutura ou parte dela; e o impulso activo constitui uma acção ou solicitação do solo sobre a estrutura, chamada, neste caso, estrutura de suporte Cálculos Resultados Com uma ilustração representativa da amostra n.º2, atendendo que os resultados leva-nos a concluir que trata-se de uma areia argilosa mal graduada podemos considerar que o seu ângulo de atrito varia de 26 a 30º (para o caso Ø = 28º), o peso volúmico do solo admitido é de γ = 26,5 KN/m³ e tratando-se de uma areia a coesão é nula C = 0. -Coeficiente de impulso activo, Ka (Rankine); Para um terrapleno horizontal Ka = (1 - senφ)/(1 + senφ) Ka = (1 sen28º)/(1 + sen28º) = 0,36 -Coeficiente de impulso passivo, Kp (Rankine) Para um terrapleno horizontal Kp = 1/Ka Kp = 1/0,36 = 3 Ia Ip Fig. 36 Ponto de aplicação dos impulsos activos e passivos Ia = ½.Ka.γh² Ia = ½ x 0,36 x 26,5 x 5² =119,25 KN/ml Ip = ½.Kp.γ.h² Ip = ½ x 3 x 26,5 x1² = 39,75KN/ml 83

84 8.2- DIMENSIONAMETO DE MUROS DE SUPORTE As estruturas de suporte são usadas para estabilizar um maciço de terras, no qual não é possível obter a estabilidade através de pequenas obras, como uso de bancadas, materiais estabilizantes, diminuição da inclinação do talude ou mesmo reflorestamento. Os murros são estruturas de suporte de terras rígidas, cujas deformações de flexão são relativamente pequenas ou desprezíveis. Os murros de suporte de terras são dimensionados através dos métodos dos estados limites últimos por derrubamento, escorregamento pela base, ruptura do solo de fundação e escorregamento global. Como observação é de referir que apenas o primeiro é que será abordado no presente capítulo Muros de suporte de tipo gravidade O dimensionamento de muros de suporte de tipo gravidade, sendo estruturas de suporte de terra, em geral de pedra ou de betão (simples ou armado), nas quais o peso próprio, ou este combinado com o de parte de terras suportadas, desempenha um papel fundamental na respectiva estabilidade. O dimensionamento consiste, na prática, num processo iterativo por meio do qual, partindo de determinada geometria estrutural, se procede: 1) à estimativa dos impulsos de terra; 2) às verificações da segurança em relação aos diversos estados limites. A geometria do muro vai sendo ajustada ao longo do processo, de forma a conseguir um satisfatório compromisso entre os critérios de segurança e de economia. A estimativa dos impulsos é em geral baseada nas teorias clássicas de pressões de terras (Método de Rankine) e as verificações da segurança serão feitas prevendo a rotura por derrubamento e o escorregamento pela base. A ruptura por derrubamento ocorre quando o muro, sob a acção do impulso de terras suportadas, roda em torno da aresta exterior da sua base. Contrariam esta rotação o peso próprio e o impulso passivo mobilizável em frente do muro, caso este esteja parcialmente enterrado. È em geral 84

85 conveniente, contudo, desprezar o efeito do impulso passivo, já que as terras em frente do muro podem vir a ser, por qualquer razão, total ou parcialmente retiradas. No estado limite por escorregamento pela base, o muro experimenta uma translação para a exterior provocada pelo impulso de terras suportadas. A força que tende a opor-se é composta pela força de atrito mobilizável entre a base do muro e o maciço de fundação e pelo impulso passivo em frente do muro. Pelas mesmas razões apontadas acima, este impulso é, em geral, desprezado Verificação da segurança em relação aos estados limites por derrubamento e por escorregamento pela base Processo convencional. Coeficientes globais de segurança A forma tradicional de proceder à verificação da segurança ao derrubamento e ao escorregamento pela base consiste no cálculo do respectivo coeficiente de segurança global pelos processos apresentados seguidamente, com base na referida figura. -Verifica-se o factor de segurança ao derrube em relação ao pé do muro; FS = Mr/Mt = (P x b)/(iah x c Iav x b) >= 1,5 Onde Mr é o momento estabilizador, definindo-se como o momento do peso próprio do muro em relação ao ponto a; Mt é o momento derrubador, definido como o momento do impulso activo em relação ao mesmo ponto. -Verifica-se o factor de segurança ao deslizamento ao longo da base; FS = Fr/Fe = (W x tanδ)/(iah Iav x tanδ)>=1,5 Em que δ representa o ângulo de atrito entre a base do muro e o maciço de fundação, que é considerado nulo no Método de Rankine, não permitindo assim tal verificação. 85

86 8.3- DIMENSIONAMENTO -Verificação do factor de segurança ao derrube em relação ao pé do muro; FS = Mr/Mt >= 1,5 Onde Mt = Ia x c = 119,25 x 1/3H Mt = 119,25 x 1/3 x 5 = 198,75 KN.m W = [(2,5 +1)/2 x 4 + (2,5 x 1)] x = 256,5 KN/m Mr = W x b = 256,5x1,25 = 320,63 KN.m; FS = 320,63/198,75 = 1,61 > 1,5 (condição verificada) fig. 37-Dimensões do muro fig. 38-Ruptura por derrubamento 23m 2,5m fig. 39- Representação do muro em 3D 21 Peso volúmico do basalto, adquirido através de técnicos experientes da área (Instituto Superior de Engenharia do Porto) 86